Підвищення тріщиностійкості цементних композицій для ремонту будівельних конструкцій - Автореферат

Зародження і розвиток тріщин можуть бути спричинені початковими обємними зміненнями цементних композицій, які супроводжують протікання фізико-хімічних та фізико-механічних явищ організації структури твердіючих мінеральних вяжучих. Забезпечується можливість регулювання обємними деформаціями цементних композицій шляхом зміни якісних характеристик та кількісного співвідношення часток дисперсної фази. Керування початковими обємними деформаціями цементних композицій дозволить підвищити експлуатаційну надійність будівельних конструкцій, а визначення оптимальних складів вяжучого буде сприяти одержанню матеріалів з потрібними тріщиностійкістю та фізико-механічними властивостями. Таким чином, дослідження, під час яких вирішуються питання підвищення вязкості руйнування і міцнісних характеристик цементних композицій, призначених для ремонтних, захисних та відбудовчих робіт, можна вважати своєчасними та актуальними. Приведені в дисертації дослідження теоретичного та прикладного характеру виконувалися згідно з напрямками науково-дослідних робіт кафедри “Виробництво будівельних виробів і конструкцій” Одеської державної академії будівництва та архітектури (кафедра ВБК, ОДАБА) у відповідності з держбюджетними темами № 62 “Технологічна пошкодженність та її вплив на властивості будівельних композиційних матеріалів та конструкцій” (1997-1999р.р.) та № 78 “Аналіз механізмів формування технологічної спадковості та її вплив на основні властивості будівельних матеріалів та конструкцій” (2000-2002р.р.)Склад і будова тієї або іншої частинки цементу визначаються якісним та кількісним співвідношенням індивідуальних фаз клінкеру в їх обємі. Внаслідок процесів гідратації та структуроутворення цементні композиції перетворюються з пластичної суміші підвищеної вязкості у міцний камінеподібний матеріал, будова якого відрізняється від початкової структури якісними характеристиками, кількістю і властивостями складових компонентів, а також умовами їх взаємодії та взаємозвязків (В.І.Бабушкін, В.Д.Глухівський, В.М.Юнг, М.М.Сичьов). Початкові обємні деформації можна представити посередньою характеристикою, яка здатна відбивати змінення процесів гідратації та організації структури цементних композицій при зміні умов їх твердіння. Якісні характеристики та кількісне співвідношення часток дисперсної фази визначають умови їх взаємодії одна з одною і дисперсійним середовищем, що, у свою чергу, позначається на подальшому твердінні цементних композицій. Введення до складу портландцементу мінеральних наповнювачів різних кількості та питомої поверхні спричинює зміну процесів початкового структуроутворення тужавіючих систем, що відбивається як на величині та кінетиці виявлення їх обємних деформацій, так і кінцевих властивостях.Руйнування гранул клінкеру під час помелу по дефектам структури складаючих їх клінкерних фаз і міжфазним границям розподілу зумовлює співіснування в портландцементі мономінеральних частинок різного мінералогічного виду та полімінеральних часток з індивідуальним сполученням мономінералів клінкеру в їх обємі. Організація початкової структури цементних композицій здійснюється внаслідок формування однорідних та змішаних дискретних блоків у результаті взаємодії моно-і полімінеральних зерен як з собі подібними по складу частками, так і з частками іншої хімічної природи. При цьому кількісні значення їх DV перевищують обємні деформації трьох-та двохкальцієвого силікатів в середньому на 40%, C3A та C4AF - в середньому в 4 рази. Початкові обємні змінення чотирьохкомпонентної системи C3S(45%) C2S (30%) C3A(10%) C4AF(15%) перевищують DV мінералів-силікатів в середньому в 2 рази, C3A та C4AF - в середньому в 5 разів. При збільшенні Vm=19см3 до Vm=26см3 відбувається зміна DV мінералів-силікатів в середньому на 37%, алюмінату і алюмоферіту - в середньому на 24%, цементних композицій - в середньому в 2 рази.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Проведені дослідження показали, що регулювання початковими обємними зміненнями цементних композицій дозволяє підвищити їх тріщиностійкість та фізико-механічні властивості. Керувати DV можна введенням до складу вяжучого наповнювачів різних кількості і питомої поверхні.

2. Запропоновано та проаналізовано можливі механізми початкового структуроутворення цементних композицій залежно від складу часток дисперсної фази. Руйнування гранул клінкеру під час помелу по дефектам структури складаючих їх клінкерних фаз і міжфазним границям розподілу зумовлює співіснування в портландцементі мономінеральних частинок різного мінералогічного виду та полімінеральних часток з індивідуальним сполученням мономінералів клінкеру в їх обємі. Організація початкової структури цементних композицій здійснюється внаслідок формування однорідних та змішаних дискретних блоків у результаті взаємодії моно- і полімінеральних зерен як з собі подібними по складу частками, так і з частками іншої хімічної природи. Утворення структурних агрегатів супроводжується орієнтуванням цементних часток одна відносно одної активними центрами або ділянками поверхні однакового мінералогічного складу.

3. Визначено кількісні значення і кінетику початкових обємних змінень індивідуальних клінкерних мінералів та цементних композицій. Обємні деформації твердіючих мономінералів клінкеру відрізняються по величині, інтенсивності і тривалості їх виявлення. Максимальні DV властиві трьох- та двохкальцієвому силікатам. За перші 9 годин гідратації та структуроутворення величина обємних змінень C3S склала 0.91%, C2S - 0.98%. Обємні деформації трьохкальцієвого алюмінату C3A та чотирьохкальцієвого алюмоферіту C4AF в середньому в 2.3 рази менше, ніж DV мінералів-силікатів. Цементні композиції характеризуються такою ж кінетикою розвитку обємних змінень, що і клінкерні мономінерали. При цьому кількісні значення їх DV перевищують обємні деформації трьох- та двохкальцієвого силікатів в середньому на 40%, C3A та C4AF - в середньому в 4 рази.

4. Початкові обємні змінення індивідуальних мономінералів цементного клінкеру та штучно синтезованих на їх основі полімінеральних систем відрізняються по величині та швидкості виявлення. Величина обємних деформацій двокомпонентних систем різних складів відрізняється від DV трьох- та двохкальцієвого силікатів в середньому на 39%, трьохкальцієвого алюмінату і чотирьохкальцієвого алюмоферіту - в середньому на 18%. Початкові обємні змінення чотирьохкомпонентної системи C3S(45%) C2S (30%) C3A(10%) C4AF(15%) перевищують DV мінералів-силікатів в середньому в 2 рази, C3A та C4AF - в середньому в 5 разів. Зменшення та збільшення кількості C3S і C2S у складі чотирьохкомпонентної системи викликає зміну її початкових обємних деформацій в середньому на 30%, кількості C3A та C4AF - в середньому в 2.5 рази.

5. Експериментальні дослідження показали, що величина і кінетика обємних деформацій твердіючих клінкерних мінералів та цементних композицій залежать від кількості води замішування та геометричних параметрів датчика змінення обєму Vm. Підвищення водовяжучого відношення з В/В=0.32 до В/В=0.35 призводить до зміни DV трьох- та двохкальцієвого силікатів в середньому на 19%, відповідно, C3A та C4AF - в середньому на 15% і 41%, відповідно. Обємні деформації цементних композицій в цьому випадку знижуються в середньому на 20%. При збільшенні Vm=19см3 до Vm=26см3 відбувається зміна DV мінералів-силікатів в середньому на 37%, алюмінату і алюмоферіту - в середньому на 24%, цементних композицій - в середньому в 2 рази.

6. Залежно від кількості двоводного гіпсу обємні деформації твердіючих цементних композицій можуть змінюватися в середньому від 8% до 23%.

Введення 10% кварцового наповнювача з Sуд=200м2/кг викликає зниження DV цементної композиції на 20%, з Sуд=400м2/кг - на 35%, з Sуд=600м2/кг - на 44%. При збільшенні кількості наповнювача до 30% обємні змінення зменшуються на 27%, 43% та в 2 рази, відповідно. Збільшення питомої поверхні молотого кварцового піску призводить до зниження обємних деформацій цементної композиції в середньому на 11%.

При 10% кварцового наповнювача тріщиностійкість та міцність цементного каменю зростають. Вязкість руйнування підвищується на 13-37%, міцність при стиску - в середньому на 10%, міцність на розтяг при вигині - в середньому на 15%. Рівень властивостей цементного каменю залежить як від кількості наповнювача, так і від його питомої поверхні.

Аналіз кореляційної залежності між обємними деформаціями твердіючих систем та їх кінцевими властивостями показав, що зниження початкових DV веде до підвищення тріщиностійкості та міцності затверділих цементних композицій. Коефіцієнти кореляції склали: для К1сз - 0.83, для К1ср - 0.85, для R - 0.768, для Rbt - 0.77.

7. По результатам досліджень визначено оптимальні по кількості двоводного гіпсу та кварцового наповнювача різної питомої поверхні склади цементного вяжучого, які дозволяють отримувати матеріали з підвищеними вязкістю руйнування і фізико-механічними характеристиками, а також матеріали із заданою міцністю при стиску (R=60МПА) при зниженні витрачання портландцементу на 30%, котрі рекомендовано для ремонтних, захисних та відбудовчих робіт.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У ПРАЦЯХ

1. Коробко О.А., Выровой В.Н. Объемные изменения моно- и полиминеральных вяжущих в начальные периоды схватывания и твердения // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: ВМК “МІСТО МАЙСТРІВ”. - 2001. - № 3. - С.113-117.

Внесок здобувача - визначення кінетики і кількісних значень початкових обємних деформацій моно- та полімінеральних систем, а також викладення отриманих результатів.

2. Коробко О.А., Выровой В.Н., Закорчемный Ю.О. Анализ механизмов структурообразования наполненных цементных композиций // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне: РДТУ. - 2001. - № 6. - С.55-62.

Внесок здобувача - запропоновано та проаналізовано можливі механізми початкової організації структури моно- та полімінеральних систем залежно від складу часток дисперсної фази.

3. Коробко О.О., Виноградський В.М., Макарова С.С. Взаємозвязок між вихідним складом, початковими обємними деформаціями та тріщиностійкістю цементних композицій // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне: РДТУ. - 2001. - № 7. - С.50-56.

Внесок здобувача - обґрунтування мети та задач досліджень, виконання експериментальних робіт, математична обробка одержаних результатів, аналіз впливу складу вяжучого на обємні деформації та кінцеві властивості твердіючих цементних композицій, розрахунок кореляційної залежності між початковими обємними зміненнями та тріщиностійкістю і міцністю цементного каменю, визначення оптимальних по кількості та питомої поверхні кварцового наповнювача складів цементного вяжучого, що сприяють підвищенню вязкості руйнування і фізико-механічних властивостей матеріалів на основі портландцементу, а також зниженню їх матеріалоємкості.

4. Коробко О.А., Закорчемный Ю.О. Влияние состава на начальные объемные изменения и механические свойства цементных композиций // Совершенствование методов проектирования составов бетона. - Ровно: Изд-во гос. центра научно-технической и экономической информации. - 2001. - С.99-104.

Внесок здобувача - проведення експериментів, вивчення впливу кількості двоводного гіпсу та кварцового наповнювача різної питомої поверхні на початкові обємні змінення, тріщиностійкість та фізико-механічні характеристики цементного каменю, розрахунок математичних моделей, побудова багатофакторних діаграм.

5. Коробко О.А. Влияние состава на начальные объемные деформации твердеющего цемента // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: ВМК “МІСТО МАЙСТРІВ”. - 2000. - № 1. - С.100-103.

6. Коробко О.А. Влияние минералогического состава цементного клинкера на его объемные изменения в период твердения // Моделирование в материаловедении. - Одесса: “Астропринт”. - 1998. - С.186-187.

Размещено на .ru