Конструкционно-теплоизоляционные легкие бетоны на стекловидных пористых заполнителях - Автореферат

Таким образом, не снимая вопрос об актуальности исследований в области совершенствования технологии и увеличения объемов производства традиционных пористых заполнителей и бетонов со средней плотностью 500 - 800 кг/м3 на их основе, необходимо вести поиск альтернативных материалов и технологий. В основу работы положена гипотеза о том, что применение новых стекловидных пористых заполнителей с повышенными прочностными и теплозащитными свойствами в конгломератах на цементных вяжущих с учетом предлагаемых структурных и технологических факторов обеспечит получение эффективных легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов с улучшенными показателями деформативно-прочностных и теплозащитных свойств в сравнении с известными легкими бетонами на обжиговых заполнителях, при этом решение предлагаемой критериальной системы уравнений теплофизической и гигрофизической эффективности материалов обеспечит принятие рациональных проектных решений ограждающих конструкций в различных климатических условиях. Целью работы является обоснование критериев эффективности материалов для рациональных ограждающих конструкций в различных климатических условиях и разработка на основе развития научных представлений о формировании структуры и взаимосвязи свойств основ технологии эффективных конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов на имеющих практически неограниченную сырьевую базу стекловидных пористых заполнителях с нормативным обеспечением совокупности необходимых для практического применения основных показателей назначения бетонов - конструкционных, теплофизических и гигрофизических. Научная новизна работы состоит в том, что: - развиты научные представления о формировании структуры легких бетонов и взаимосвязи их основных свойств - конструкционных, теплофизических, гигрофизических, выявлено влияние стеклофазы в составе пористого заполнителя на совокупность свойств бетонов, разработаны основы технологии и нормативное обеспечение для практического применения легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях; изучено влияние основных факторов, определяющих теплопроводность бетонов на стекловидных заполнителях, установлены закономерности и предложена формула, определяющая коэффициент теплопроводности бетона в сухом состоянии в зависимости от коэффициентов теплопроводности и объемной концентрации матрицы и заполнителя, позволившая оценить вклад каждого элемента двухуровневой системы «матрица - заполнитель» в формировании коэффициента теплопроводности бетона.Для легких бетонов на пористых заполнителях задача усложняется еще тем, что пористость таких бетонов представлена двумя системами: поры заполнителя и поры цементного камня (матрицы). В связи с этим в работе при исследовании свойств бетона реализован подход, основанный на выявлении общих закономерностей «свойство - пористость (плотность)» с последующей детализацией их с учетом влияния рецептурно-технологических факторов на основную (генеральную) зависимость. ?С - коэффициент теплопроводности скелета, что позволяет определять коэффициент теплопроводности ?Б бетона в сухом состоянии по величине средней плотности с учетом свойств материала, образующего структуру («скелет») бетона. Полученная в диссертации модель (ф.4) позволяет оценить «вклад» каждого элемента двухуровневой системы «матрица - заполнитель» в формирование коэффициента теплопроводности системы (бетона): (4) где ?Б, ?З, ?ЦК - соответственно коэффициенты теплопроводности бетона, заполнителя, цементного камня; Исследование влияния режима и способа ТВО на формирование предела прочности бетонов при сжатии показало, что рост прочности в зависимости от «степени зрелости» бетона (количество градусо•часов в камере ТВО) при температуре изотермы 100ОС линеен для бетона В 3,5 и имеет перегиб для бетонов более высоких классов в точке, соответствующей продолжительности изотермы 5 ч.Развиты научные представления о формировании структуры и взаимосвязи свойств легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях, выявлены основные закономерности, позволяющие управлять коэффициентами теплофизической и гигрофизической эффективности легких бетонов посредством регулирования рецептурно-технологических факторов, разработаны основные положения классификации материалов для рациональных одно и многослойных ограждающих конструкций по степени эффективности в различных климатических условиях и основные положения выбора эффективных материалов. Предложена формула, определяющая коэффициент теплопроводности бетона в сухом состоянии в зависимости от коэффициентов теплопроводности и объемной концентрации матрицы и заполнителя, позволившая оценить вклад каждого элемента двухуровневой системы «матрица - заполнитель» в формировании коэффициента теплопроводности бетона. В зависимости от средней плотности ? предел прочности при сжатии определяется формулой , для бетонов на ПСГ и ВТГ , х = 2,93; для бетонов на ВВГ , х = 4,1. Предел прочности при растяжении легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается зависимостью , для бетонов на ПСГ и ВТГ , х = 0,875

2. Основное содержание работы

1. Развиты научные представления о формировании структуры и взаимосвязи свойств легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях, выявлены основные закономерности, позволяющие управлять коэффициентами теплофизической и гигрофизической эффективности легких бетонов посредством регулирования рецептурно-технологических факторов, разработаны основные положения классификации материалов для рациональных одно и многослойных ограждающих конструкций по степени эффективности в различных климатических условиях и основные положения выбора эффективных материалов.

2. Предложена формула, определяющая коэффициент теплопроводности бетона в сухом состоянии в зависимости от коэффициентов теплопроводности и объемной концентрации матрицы и заполнителя, позволившая оценить вклад каждого элемента двухуровневой системы «матрица - заполнитель» в формировании коэффициента теплопроводности бетона. Установлены требования к величине коэффициента теплофизической эффективности бетонов для рациональной многослойной ограждающей конструкции в зависимости от величины требуемого термического сопротивления. Впервые предложен и обоснован коэффициент гигрофизической эффективности материалов, позволяющий осуществлять выбор с учетом защиты от влагонакопления эффективных материалов для рациональной многослойной ограждающей конструкции до принятия принципиального конструктивного решения.

3. Структура ячеек пористых заполнителей с аморфизированной структурой - стеклогранулятов с содержанием стеклофазы более 90% преимущественно округлой формы, разделенных тонкими перегородками, состоящими из более мелких равномерно распределенных замкнутых пор, что обеспечивает и повышенную прочность, и пониженную теплопроводность заполнителей. Расход энергии на обжиг в зависимости от вида сырья и принятой технологии составляет 67 - 118% относительно керамзитового гравия. Коэффициент теплопроводности заполнителей составляет 74 - 86 % относительно керамзитового гравия равной насыпной плотности, повышение предела прочности в цилиндре составляет до 0,8 МПА.

4. Основные закономерности изменения водопотребности бетонных смесей на стекловидных заполнителях в принципе не отличаются от известных для керамзитобетонных смесей, а водопотребность бетонных смесей на стекловидных заполнителях в сравнении с керамзитобетонными ниже на 10 - 15 л/м3. Средняя плотность бетона в сухом состоянии хорошо описывается зависимостью , а предел прочности при сжатии с учетом прочности заполнителя зависимостью . В зависимости от средней плотности ? предел прочности при сжатии определяется формулой , для бетонов на ПСГ и ВТГ , х = 2,93; для бетонов на ВВГ , х = 4,1. Снижение прочности при поризации составляет 6 - 10% на один процент вовлеченного воздуха. Рост прочности легких бетонов во времени хорошо описывается зависимостью , где k = 0,42 для бетонов классов В 2,5 - В 5,0 и 0,3 - 0,32 для бетонов классов В 7,5 - В 12,5.

5. Доказана в производственных условиях эффективность следующей очередности загрузки компонентов: крупный заполнитель - цемент - 2/3 воды затворения - пластификатор - мелкий заполнитель - 1/3 воды затворения - воздухововлекающая добавка, позволяющей получить прирост прочности до 15%. При ТВО бетонов классов В 5,0 - В 7,5 продолжительность изотермы определяется временем, необходимым для достижения бетоном в центре изделий температуры 65 - 800 С, и лимитируется временем достижения требуемой влажности, а не прочности.

6. Предел призменной прочности легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается функцией . Начальный модуль упругости легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается функцией . «Предельная» сжимаемость легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается функцией . Превышение значений модуля упругости при растяжении составляет до 25% над значениями модуля упругости при сжатии. «Предельная» растяжимость легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях примерно в полтора раза превышает аналогичный показатель легких бетонов на традиционных обжиговых заполнителях при равном соотношении Rt/E0.

7. Предел прочности при растяжении легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается зависимостью , для бетонов на ПСГ и ВТГ , х = 0,875; для бетонов на ВВГ , х = 1,138. По усадочной трещиностойкости легкие бетоны на стекловидных заполнителях принципиально не отличаются от легких бетонов на традиционных обжиговых заполнителях, в частности, керамзите, за счет релаксации напряжений, обусловленных ползучестью, и более низкой усадки.

8. Мера ползучести легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается зависимостью , для бетонов на ПСГ = 404, х = 1,47; для бетонов на ВТГ = 284, х = 1,31; для бетонов на ВВГ = 164, х = 1,27. Кинетика деформаций ползучести описывается функцией вида ), где = 0,68; b = 0,76; c = 0,066 для бетона М 35 и = 0,3; b = 0,76; c = 0,066 для бетона М150.

9. Развитие усадочных деформаций удовлетворительно описывается функцией вида . Бетоны на ВВГ и ПСГ при прочности более 10МПА по деформациям усадки сопоставимы с равнопрочным тяжелым бетоном.

10. Бетоны на стекловидных заполнителях обладают достаточной защитной способностью по отношению к стальной арматуре при расходе цемента не менее 260 кг/м3. Величина сцепления с арматурой легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов на стекловидных заполнителях в принципе соответствует нормативным значениям по СП 52 - 101 для бетонов классов В10 - В60, экстраполированных в область низких классов, в связи с чем сцепление легких бетонов на стекловидных заполнителях с арматурой является достаточным для осуществления расчета параметров анкеровки по СП.

11. Основной составляющей микроструктуры матрицы легких бетонов на стекловидных заполнителях являются гидросиликаты смешанной структуры, имеющие как кристаллическое, так и аморфное строение. Цементный камень содержит гидроксид кальция (портландит) Са(ОН)2, С - S - H, карбонат кальция САСО3, фазы остаточных клинкерных минералов C3S и ?-C2S. Из кристаллических продуктов, помимо портландита, идентифицируются гидросульфоалюминаты (эттрингит), известь и некоторые другие. Портландит и эттрингит выделяются в поровом пространстве между клинкерными зонами на поверхности воздушных пор и среди гидросиликатного поля. Сцепление заполнителя с матрицей в малопоризованном бетоне не имеет видимых дефектов, в то время как в поризованном бетоне с объемом вовлеченного воздуха более 10% зона контакта рыхлая.

12. Зависимость коэффициента теплопроводности легких бетонов на стекловидных заполнителях в сухом состоянии описывается функцией , где для бетонов на ПСГ ; для бетонов на ВВ ; для бетонов на ВТГ . Предложено нормирование значений коэффициента теплопроводности в сухом состоянии, а также для условий эксплуатации А и Б. В сравнении с керамзитобетоном теплозащитная эффективность бетонов на стекловидных заполнителях в зависимости от условий эксплуатации и средней плотности бетона выше для бетона на ПСГ - до 19%, для бетона на ВВГ - до 23%, для бетона на ВТГ - до 27%. теплофизический строительство бетон заполнитель

13. Зависимость коэффициента паропроницаемости от средней плотности легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается функцией . Предложено нормирование значений коэффициента паропроницаемости легких бетонов на стекловидных заполнителях 0,175 при средней плотности 600 кг/м3; 0,115 при средней плотности 800 кг/м3 и 0,085 при средней плотности 1000 кг/м3.

14. Степень заполнения пор при водопоглощении не превышает 0,25 у бетонов на ПСГ и ВТГ, а у бетона на ВВГ эта величина менее 0,19, в связи с этим морозостойкость легких бетонов на стекловидных заполнителях составила F 75 - F 150 для бетонов классов В 5,0 - В 7,5.

15. Технико-экономическая эффективность производства и применения стекловидных пористых заполнителей для конструкционно-теплоизоляционных бетонов классов В 3,5 - В 7,5 при плотности 600 - 800 кг/м3 для производства одно- и трехслойных стеновых панелей с поверхностной плотностью 208 - 380 кг/м2 и величиной термического сопротивления (условия Б) 1,54 - 4,79 м2 ОС/Вт обусловлена расширением сырьевой базы и снижением транспортных затрат, снижением расхода цемента до 10%, уменьшением затрат на отопление в процессе эксплуатации.

1. Давидюк, А.Н. Легкие конструкционно-теплоизоляционные бетоны на стекловидных пористых заполнителях. - М.: Красная звезда, 2008. - 208 с.

2. Давидюк, А.Н., Эффективные бетоны для современного высотного строительства / А.Н. Давидюк, Г.В. Несветаев. - М.: Издательство ООО «НИПКЦ Восход-А», 2010. - 148с.

1. Давидюк, А.Н. Легкие бетоны на пеностеклогрануляте / И.Е. Путляев, А.Н. Давидюк, М.Р. Арутюнян и др. // Бетон и железобетон. - 1990. - № 11. - С.15.

2. Давидюк, А.Н. Легкий бетон для днищ газохранилищ в г. Абовяне / И.Е. Путляев, А.Н. Давидюк, М.Р. Арутюнян и др. // Промышленное строительство. - 1990. - №2. - С.15.

3. Давидюк, А.Н. Легкие бетоны на стеклогранулятах / А.Н. Давидюк // Строительные материалы. - 2007. - № 7. - С. 6 - 8.

4. Давидюк, А.Н. Применение коэффициентов теплотехнического качества материалов для проектирования многослойной ограждающей конструкции / Г.В. Несветаев, А.Н. Давидюк // Строительные материалы. - 2008. - № 7. - С. 32 - 34.

5. Давидюк, А.Н. К вопросу проектирования многослойной ограждающей конструкции по критерию защиты от влаги / А.Н. Давидюк, Г.В. Несветаев // Строительные материалы. - 2008. - № 8. - С. 48 - 50.

6. Давидюк, А.Н. Теплофизическая эффективность легких бетонов на стекловидных заполнителях для многослойных ограждающих конструкций / А.Н. Давидюк // Жилищное строительство. - 2008. - № 9. - С. 22 - 24.

7. Давидюк, А.Н. Гигрофизическая эффективность материалов для многослойных ограждающих конструкций / Г.В. Несветаев, А.Н. Давидюк // Жилищное строительство. - 2008. - №10. - С. 14 - 16.

8. Давидюк, А.Н. Прочностные свойства легких бетонов на стекловидных заполнителях для многослойных ограждающих конструкций / А.Н. Давидюк, А.А. Давидюк // Бетон и железобетон. - 2008. - № 6. - С. 9 - 13.

9. Давидюк, А.Н. Деформативные свойства легких бетонов на стекловидных заполнителях / А.Н. Давидюк, А.А. Давидюк // Бетон и железобетон. - 2009. - № 1. - С. 10 - 12.

10. Давидюк А.Н. Эффективные материалы и конструкции для решения проблемы энергосбережения зданий / А.Н. Давидюк, Г.В. Несветаев // Жилищное строительство. - 2010. - № 3. - С. 16 - 18.

11. Давидюк А.Н. О критериях эффективности бетонов для высотного строительства / Г.В. Несветаев, А.Н. Давидюк // Строительные материалы. - 2010. - № 4. - С. 85 - 86.

- статьях в научных журналах: 1. Давидюк, А.Н. Реальная физика: уроки строительного мониторинга / Ф.А. Егоров, В.И. Поспелов, А.Н. Давидюк и др. // Технологии строительства. - 2007. - № 4. - С. 65 - 68.

2. Давидюк, А.Н. Диалоги о мониторинге - 2 / Ф.А. Егоров, В.И. Поспелов, А.Н. Давидюк и др. // Технологии строительства. - 2008. - №3. - С. 86 - 89.

3. Давидюк, А.Н. Конструкционно-теплоизоляционные бетоны на стекловидных пористых заполнителях для эффективных ограждающих конструкций / А.Н. Давидюк // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2008. - № 4. - С. 100 - 108

4. Давидюк, А.Н. О теплотехнической эффективности конструкционно - теплоизоляционных легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях / А.Н. Давидюк, Г.В. Несветаев // Кровельные и изоляционные материалы. - 2008. - № 5. - С. 46 - 48.

5. Давидюк, А.Н. О расчете теплотехнических характеристик бетонов / Г.В. Несветаев, А.Н. Давидюк // Технологии бетонов. - 2008. - № 12. - С. 8 - 10.

1. А.С. № 1645265 Способ изготовления изделий из легкобетонной смеси / А.Н. Давидюк, И.Е. Путляев, А.М. Адамия и др. - 1991. - Б.И. № 16

- прочих изданиях: 1. Давидюк, А.Н. Бетоны пониженной теплопроводности на особо легких пористых заполнителях и различных вяжущих / В.И. Савин, А.Н. Давидюк, Т.И. Милых и др. // Повышение теплоизоляционных свойств и эффективности производства легкобетонных конструкций и изделий. - М.: МДНТП, 1986. - С. 76 - 81.

2. Давидюк, А.Н. Теплотехнические характеристики новых видов легких бетонов на стеклообразных заполнителях / И.Н. Сурикова, В.Г. Гагарин, А.Н. Давидюк и др. / Применение и перспективы развития легких бетонов в строительстве: Тез. докл. республиканской науч.-техн. конф. - Ашхабад, 1987. - С. 151 - 152.

3. Давидюк, А.Н. Легкие бетоны на искусственном пористом щебне из диопсидовых пород / И.Е. Путляев, А.И., А.Н. Давидюк, А.И. Карамнов / Применение перспективы развития легких бетонов в строительстве. - Ашхабад, 1987. - С. 19 - 21.

4. Давидюк, А.Н. Исследовать структуру и физико-механические свойства пористых заполнителей новых эффективных видов, разработать технические условия на опытные партии заполнителей и предложения по их применению в легких бетонах. / И.Е. Путляев, В.И. Савин, А.Н. Давидюк и др. - М.: НИИЖБ, 1988 - 98 с.

5. Давидюк, А.Н. Азеритобетон пониженной плотности / А.Н. Давидюк, М.Г. Чентемиров, С.П. Мироненко / Совершенствование легких бетонов и конструкций из них - М.: НИИЖБ, 1988. - С. 4 - 12.

6. Давидюк, А.Н. Легкие бетоны на ПСГ с улучшенными теплофизическими свойствами / А.Н. Давидюк, М.Р. Арутюнян, С.П. Мироненко / Влияние региональных природно-климатических факторов на организационные и технико-экономические особенности строительства в Киргизии: Тез. докл. Респ. науч. - практ. конф. - Фрунзе. - 1989. - С. 34.

7. Давидюк, А.Н. Теплофизические свойства однослойных стеновых панелей из легких бетонов на стеклообразных заполнителях / В.Г. Гагарин, А.Н. Давидюк, М.Р. Арутюнян и др. / Влияние региональных природно-климатических факторов на организационные и технико-экономические особенности строительства в Киргизской ССР: Тез. докл. Респ. науч. - практ. конф. - Фрунзе. - 1989 - С. 163.

8. Давидюк, А.Н. Провести исследования технологии бетонных смесей на пористых заполнителях новых видов, изучить основные прочностные, деформативные и теплофизические характеристики конструкционно- теплоизоляционных бетонов на этих заполнителях. / И.Е. Путляев, В.И. Савин, А.Н. Давидюк и др. - М.: НИИЖБ, 1989. - 336 с.

9. Давидюк, А.Н. Свойства легких бетонов на основе пеностеклогранулята / И.Е. Путляев, А.Н. Давидюк, М.Р. Арутюнян / Прогрессивные ресурсосберегающие технологии производства строительных конструкций и изделий на предприятиях стройиндустрии Агропрома. - М.: НИИЖБ, 1989. - С. 19 - 22.

10. Давидюк, А.Н. Легкие низкомарочные бетоны на витрозитовом гравии / И.Е. Путляев, А.Н. Давидюк, И.В. Забродин и др. / Новые эффективные легкие бетоны и конструкции из них. - М.: НИИЖБ, 1991. - С. 65 - 70.

11. Давидюк, А.Н. Легкие бетоны на стекловидных заполнителях / А.Н. Давидюк, И.В. Забродин / Мат - лы XXIY межд. конф. по бетону и железобетону «Кавказ-92».

12. Давидюк, А.Н. Структурная модификация легких бетонов на стеклогранулятах / А.Н. Давидюк / 45 лет в стройкомплексе Москвы и России. - М.: ОАО «КТБ ЖБ»., 2007. - С. 30 - 35.

13. Давидюк, А.Н. Легкие бетоны на стекловидных пористых заполнителях / А.Н. Давидюк, Г.В. Несветаев / Наука и инновации в строительстве: Современные проблемы строительного материаловедения и технологии. - Воронеж, 2008. - Т.1. - С. 133 - 138.

14. Давидюк, А.Н. Эффективные бетоны для современного высотного строительства / Г.В. Несветаев, А.Н. Давидюк // Современные бетоны: ООО «Будиндустрия ЛТД». - Запорожье, 2010.

Размещено на .ru