Поліпшення властивостей активованих дрібнозернистих бетонів - Автореферат

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукДисертація присвячена теоретичному і експериментальному обґрунтуванню можливості поліпшення властивостей твердіючих і затверділого цементного каменю і дрібнозернистого бетону за рахунок механохімічної активації вяжучого і використання раціональних складів наповнювачів питомої поверхні від 100 до 500 м2/кг. Встановлено, що вязкість руйнування цементного каменю на механоактивованому вяжучому на 30 % більше тріщиностійкості контрольних зразків (К1с=0,70). Максимальне значення К1с (К1с=1,27) для розчинів на активованому вяжучому досягається при 27-%-ому вмісту наповнювачів питомої поверхні 500 м2/кг. По результатам експериментальних досліджень визначені оптимальні по кількості і питомій поверхні кварцових наповнювачів склади цементних вяжучих, дозволяючі одержувати розчин марки 600 із зниженим вмістом портландцементу на 30 %.Раціональне використання цементів в виробництві будівельних матеріалів при одночасному підвищенні їх механічних властивостей дозволяє вирішувати технічні і економічні задачі сучасного будівництва. При цьому реалізується вплив початкового складу і технологічних умов виробництва на структурні особливості цементних композицій і, через зміну структури, на механічні властивості, включаючи тріщиностійкість будівельних матеріалів та виробів. Таким чином, сумісне використання наповнювачів потрібних кількостей і складу та ефектів механохімічної активації, дозволить вирішувати актуальні задачі підвищення якості і зниження матеріалоємності будівельних матеріалів та виробів. Дослідження виконувалися відповідно до держбюджетної науково-дослідної теми Міністерства освіти і науки України “Аналіз механізмів формування технологічної спадковості та її вплив на основні властивості будівельних матеріалів та конструкцій” (рег. проаналізувати вплив механохімічної активації і наповнювачів на процеси і явища, які супроводжують тужавіння цементних композицій (Тє, ?V, кількість хімічно звязаної води, степені гідратації);Як правило, прийняті способи активації призводять, в першу чергу, до модифікації поверхонь часток дисперсної фази або зміну властивостей дисперсійного середовища, що відображається на її активності на границі розподілу фаз. При цьому модифікація поверхні протікає як в зернах вяжучого, так і в наповнювачах, що повинно відобразиться на активності всієї системи і вплинути на властивості твердіючих і затверділих композицій. Крім цього, механічні впливи на частки наповнювачів приводять до зміни їх поверхневої активності, що повинно привести до зміни організації структури, що, в свою чергу, повинно викликати зміну властивостей тужавіючих і затверділих композицій. Для вивчення впливу наповнювачів та активації на властивості тужавіючих цементних композицій контролювали строки тужавлення (фп, фк); структурну міцність (Rm); зміну температури (ДТ?) та обємні зміни (ДV); кількість хімічно звязаної води (Кх.в.) та степінь гідратації. Для оцінки ефективності механоактивації був прийнятий коефіцієнт Кх.в., який відображає відношення кількості хімічно звязаної води в цементному камені після механоактивації вяжучого Кх.в.МА до кількості хімічно звязаної води в камені на немеханоактивованому вяжучому Кх.в.тт, Кх.в.=Кх.в.МА/Кх.в.тт експериментальні данні свідчать, що величина коефіцієнту Кх.в. для цементного каменю в одноденному віці зростає з 1,3 при Н=6 % до Н=1, 5...1,6 при Н=54 %-ому вмісту наповнювача з Sпит=100 м2/кг.Проведений комплекс експериментально-теоретичних досліджень підтвердив висунуту гіпотезу про можливість поліпшення властивостей твердіючих і затверділих цементного каменю і дрібнозернистого бетону за рахунок механохімічної активації вяжучого і використання раціональних складів наповнювачів. За рахунок призначення початкового складу (цемент раціональний склад наповнювачів вода) і технології виготовлення вяжучих з реалізацією виявлення трибоефектів, можна створювати умови формування структур, які змінюють властивості твердіючих і підвищують механічні характеристики і тріщиностійкість затверділих композицій на основі цементу. Механохімічна активація вяжучого сприяє інтенсифікації процесів його структуроутворення в порівнянні з традиційно виготовленими композиціями, що підтверджується скороченням термінів тужавлення цементу - в середньому на 1 год 30 хв, а також різким прискоренням набору структурної міцності. Інтенсифікація фізико-хімічних процесів гідратації за рахунок механоактивації цементно-водних композицій та введення наповнювачів різних складів дозволяє регулювати обємні деформації, кількість хімічно звязаної води, ступень гідратації та повязані з ними температурні зміни тужавіючих систем. Так, введення в цемент наповнювача з питомою поверхнею 100 м2/кг в кількості 30 % дозволяє в 28-и денному віці одержати цементний камінь з міцністю при стиску, рівній міцності цементного каменю на бездобавочному немеханоактивованому цементі.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Проведений комплекс експериментально-теоретичних досліджень підтвердив висунуту гіпотезу про можливість поліпшення властивостей твердіючих і затверділих цементного каменю і дрібнозернистого бетону за рахунок механохімічної активації вяжучого і використання раціональних складів наповнювачів. За рахунок призначення початкового складу (цемент раціональний склад наповнювачів вода) і технології виготовлення вяжучих з реалізацією виявлення трибоефектів, можна створювати умови формування структур, які змінюють властивості твердіючих і підвищують механічні характеристики і тріщиностійкість затверділих композицій на основі цементу.

2. Механохімічна активація вяжучого сприяє інтенсифікації процесів його структуроутворення в порівнянні з традиційно виготовленими композиціями, що підтверджується скороченням термінів тужавлення цементу - в середньому на 1 год 30 хв, а також різким прискоренням набору структурної міцності.

3. Інтенсифікація фізико-хімічних процесів гідратації за рахунок механоактивації цементно-водних композицій та введення наповнювачів різних складів дозволяє регулювати обємні деформації, кількість хімічно звязаної води, ступень гідратації та повязані з ними температурні зміни тужавіючих систем.

4. Виявлено, що міцність при стиску цементного каменю на механоактивованому вяжучому на 20...50 % вища в порівнянні з традиційно виготовленим вяжучим. Встановлена підсилююча дія на ефект активації цементу кварцового наповнювача раціонального складу. Так, введення в цемент наповнювача з питомою поверхнею 100 м2/кг в кількості 30 % дозволяє в 28-и денному віці одержати цементний камінь з міцністю при стиску, рівній міцності цементного каменю на бездобавочному немеханоактивованому цементі.

5. Механохімічна активація вяжучого прискорює зростання міцності дрібнозернистого бетону, особливо в ранньому віці. Так, в одноденному віці Rbt бетону на механоактивованому вяжучому в 1,9 раз перевищує міцність контрольних зразків. З часом різниця між міцностями зменшується, досягаючи в 14-ти денному віці 25 %. Механохімічна активація цементу з раціонально підібраним складом наповнювачів дозволяє підвищити активність цементу з 48 МПА до 59,5 МПА.

6. Максимальною тріщиностійкістю характеризується дрібнозернистий бетон на механоактивованому цементі з вмістом наповнювача 6 % питомої поверхні 500 м2/кг. Зміна Sпит наповнювача від 100 до 500 м2/кг приводе до підвищення вязкості руйнування більш ніж на 20 %.

7. По результатам виконаних експериментальних досліджень з використанням ідей і методів математичного планування експериментів були визначені склади цементних вяжучих з оптимальними по кількості і питомої поверхні наповнювачами, які дозволяють одержувати дрібнозернисті бетони з підвищеними фізико-механічними властивостями і тріщиностійкістю. Дослідно-промисловий випуск бетонної бруківки в кількості 600 м2 для експлуатації її в умовах інтенсивних динамічних впливів - трамвайного переїзду, дозволив одержати економічний ефект 3 грн. 16 коп на 1 м2 бруківки.

1. Барабаш Т.И., Выровой В.Н., Барабаш И.В. Свойства твердеющих механоактивированных цементных композиций / Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Зб. наук. праць РДТУ, Рівне.-2002.-вип. 7.-с.3-7.

2. Барабаш Т.И., Бабий И.Н. Влияние механохимической активации и содержания микронаполнителя на прочностные характеристики цементных матриц / Вісник ОДАБА, Одеса. - 2003.-Вип. 12.-с.40-45.

3. Барабаш І.В., Бабій І.М., Барабаш Т.І. Аналіз механізмів організації структури механоактивованих полідисперсних та полімінеральних систем/ Вісник ОДАБА, Одеса.-2004.-вип. 15.-с. 24-29.

4. Барабаш И.В., Выровой В.Н., Барабаш Т.И. Влияние концентрации и дисперсности молотого кварцевого песка на процесс гидратации механоактивированных цементных суспензий /Вісник ОДАБА, Одеса.-2004.-Вип. 16.-с. 15-19.

5. Барабаш Т.И. Особенности изменения комплекса свойств механоактивированных твердеющих цементных композиций / Мат-лы международного семинара МОК"41: Прогнозирование в материаловедении, Одесса.-2002.- с. 111.

6. Барабаш Т.И. Влияние механоактивации и количества наполнителя на периоды структурообразования и твердения цементных систем /Мат-лы международн. семинара МОК"42: Моделирование и оптимизация в материаловедении, Одесса.-2003.- с. 129.

7. Барабаш И.В., Барабаш Т.И., Бабий И.Н. Управление объемными изменениями цементных композиций /Мат-лы международн. семинара МОК"43: Моделирование и оптимизация в материаловедении, Одеса.- 2004.-с. 100.

8. Выровой В.Н., Бабий И.Н., Барабаш Т.И. Вычислительный анализ объемных изменений твердеющих механоактивированных цементных суспензий /Мат-лы международн. семинара МОК"44: Моделирование и оптимизация в материаловедении, Одесса.-2005.-с. 36.

Размещено на .ru