автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Безобогревный цементобетон на безгипсовом вяжущем

Л1ИНИСТЕРСТВ0 ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ХЛРЬКОВСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫ И АВТОЛЮБИЛЬНО-ДОРОЖНЫИ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Б И Г У Н

Григории Григорьевич

БЕЗОБОГРЕВНЫЙ ЦЕМЕНТОБЕТОН НА БЕЗГИПСОВОМ ВЯЖУЩЕМ

05.23.05 — Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ХАРЬКОВ — 1996

Г Г Б ОД

- 1 АиР ^33

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена но Львовском Государственном Университете «Львовская политехника».

Научные руководители: д. т. п., профессор

САНИЦКИП Мирослав

Андреевич;

к. т. н., доцент

ЛНВША Роман Яковлевич.

Официальные оппоненты: д. т. н„ профессор

УШ ЕРОВ-МАРШАК Александр Владимирович; к. т. п., с. н. с.

ТОЛМАЧЕВ Сергей Николаевич.

Ведущая организация: Западдорстрой, г. Львов.

Защита диссертации состоится «/( » 1996 г.

я/^'^чис на заседании специализированного совета К.02.17.01 по специальности 05.23.05 — строительные материалы и изделия Харьковского Государственного автомобилыю-дорожного технического университета по адресу: 310078, г. Харьков, ул. Петровского, д. 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ХГАДТУ по адресу: Харьков, ул. Петровского, д. 25.

Автореферат разослан «_

¿Г» _1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета А. В. КОСМ И Н

ОЩЛЯ ШЛКТЕШЛМСЛ РЛЕОШ

Тенденции строительства сшзаш с переходом на широкое применение монолитного бетона и реализацией возможностей кругло! личного бетонирования. При этом проблема обеспечения заданных свойств бетона решается с учетом влияния вртлейших климатических факторов -температуры и влажности. Довольно продолжительны!! период сооружения различных, в т.ч. дорожных,конструкций приходится на холодное время года. Низкие положительные и так называемые "отрицательные" температуры замедляют гидратацию цемента, могут приводить к замораживанию жидкой фазы, вызывать нежелательные напряжения и деформации,снижение прочности и долговечности бетона. Для устранения негативного .влияния используются противоморозныэ добавки к рядовому портландцементу, предварительный разогрев бетонных смесей и 'обогревние методы поддержания требуемого температурного уровня. Зти направления, наряду с достоинствами, имеют существенные недостатки.

Один из путей решения проблемы - освоение безобогревного бетонирования с использованием специальных безгипсовмх портландцементом. Существо их эффективности основано на способности ашлп"атно!1 Фапы к гидратационноку твердению на морозе в отсутстии гипса. Вводимые вместо гипса добавки карбоната щелочного металла - поташа, обладающего противоморозннм и ускоряющим действием, и пластификатора - лиг-носульпюната натрия,обеспечивает снижение водосодермшил бетонной смеси и температуры льдообразования в порах и капиллярах,а тше.е достаточные темпы набора прочности бетона при температурах ш'.'тс -Х'>°С.

К настоящему времени накоплен определенный опыт использовании безпшеовнх портландцеменгов для зимнего бетонирования. О.снако,специфика зимнего бетонирования на-.агаег ряд особых требовали'! к и.< ставам и свойствам. 'Иредде всего это относится к гыг.ы ¡-о^' т.ит^ч-'л свойстз, выносливости, истираемости, морозостойкости у т.п.

Разработка безгипсового портландцемента /ЫТЦ/ с комплексной ор-гано-мшюралыгой химической добавкой /КХД/, вклмчаицей поташ и дигно-суль'Тюнат натрия /лет/, при- мнительно к безобогревной технологии монолитного бетона с заданными свойствами является'ватаым направлением ресурсосбережения. При непосредственном участи автора разработан такой состав, защищенный авторским свидетельством СССР Я 1566093 и патентом, Проверены комплексные исследования процессов тверде"пя цемента и дсфорыатквннх свойств бетона. Испытания в промышленных условиях и результаты внедрения бетона на основе БГОЦ подтвердили правильность выдвинутых предпосылок.

Работа выполнялась в соответствии с научно-технической программой Госстроя СССР ла 1986...1990 гг. 0.55.18 "Разработать и внедрить методы организации строительства, а также прогрессивные технологии, обеспечивающие переход на индустриально - системные методы возведения зданий и сооружений".

Целью работы является разработка составов и исследование свойств безобогревного бетона на основе безгипсового портландцемента V комплексной химической добавки, обеспечивающей противомороз-ное, ускоряющее и пласифщирувдее действие для и' челпй и конструкций, изготавливаемых при низких полояительных и отрицательных температурах.

На защиту выносятся:

- концепция применения безгипсовых портландцементов с комплексной химической добавкой, содержащей поташ и лигносульфонат, в безпро-гревлых бетонах с улучшенными деформативными характеристиками;

- методол П'я исследования и прогнозирования деформативных свой- ' ств бетонов, твердеющих при низких положительных и отрицательных температурах, без прогрева;

- установленные закономерности изменения прочностных, деформа -тгвных л других свойств бетона на безгипсовом портландцементе с добавкой поташа л пластификатора под влиянием температуряо-влажностних фак-

торов;

- результаты экспериментальных исследований разработанных сос-' тавов цемента и бетонов, подтвержденных промышленными испытаниями и

внедрением в практику зимнего бетонирования.

'Научная новизна работы заключается в разработке состава безгипсового портландцемента о комплексной химической добавкой для безобогре'вного бетонирования / а.с.СССР И 15С60ЯЗ /; создании комплекса методик исследования доформатявишс свойств бетона в широком температурном интервале; установлении закономерностей изменения прочностных и деформативных характеристик бетонов, твердевших при низких положительных и отрицательных температурах; в установлении возможностей подбора и назначения составов безпрогрев-ного бетона по дашшм о деформациях; в обосновании режимов бозпро-гревного твердения бетона на 'основе БПЩ и КХД в условиях отрица -тельных температур / до - 30 °с /.

Практическое значение работы:

- предлояены составы безгипсового цемента с комплексной химической добавкой, обеспечивающие безобогревное бетонирование сборных и монолитных, в т.ч. дорожных,конструкций;

- показано, что бетоны гт предложенном цементе обладают высокими прочностными и деформатившши свойствами при твердении на морозе и последующем оттаивании;

- на основа изучения собственных деформгздий разработаны рекомендации по уточнению расчета дорожшх цементобетонннх покрытий с учетом дополнительных налрядений, развивающихся под влиянием темпг-ратурно-влажностннх факторов;

разработаны "Рекомендации по безобогровному бетонированию конструкций в зимних условиях с применением безгипсового портл.члд-' цемента о комплексной химической добавкой".

■ Внедрение результатов работы осуществлено при зимним бетоиирс-

• д ,

валки 6000 м дорокных покрытий и монолитных полов во Львовской обл. й в России /Западная Сибирь/.

Апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 7 работ. Результаты исследований доложены и обсувдены на следующих научно-технических конференциях и семинарах: Всесоюзной .конференции "Интенсификация дорожного строительства",Владимир, 1986; Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Скоростное строительство и новые материалы для дорожного строительства" ,Владимир,,1388областной научно-технической конференции "Вцосконалення економхчних метод1в управлхння буд1вельним виробницт-вом", Лъв1в,1288; региональной научно-технической конференции "Использование отходов промышленности при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог"'«, Суздаль,1589; У Республиканской конференции ' "Ресурсосберегающие технологии, структура и свойства дорожных бетонов", Харьков* 1389;- Международной конференции "Применение отходов промышленности и местных: строительных материалов при строительстве автомобильных дорог'".Даядимир, 1991; международном семинаре "Структу-рообразование,. прочность, и. разрушение композиционных строительных . материалов и конструкций'",.Одесса, 1994; ХХХ1У Меэдугосударственном научном семинаре "Моделирование -в строительном материаловедении", Одесса ,1935; 1У научной конференции "Проблеш строительства и инженерии среды",Кешув /Польша/,1995.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глаз,. общих выводов, библиографии из 104 наименований отечественных-и зарубежных источников и приложений. Содержит 235 стр. машинописного текста, в том числе 77 рисунков и фотографий, 31 таблицу.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первом разделе рассмотрено состояние вопроса, сформулирована научная гипотеза и задачи исследования.

Ксследовангя Я.Р.Бессера, В.Д.Глуховского, М.Г.Давидсона,ч>.1,1. Кванова.А .К. Кириенко, Б.А.Крылова, А."ВЛагойды, С, А, Миронова, 0. П. Мчед-лова-Петросота, В. Б. Ратинова, С. В. Шестоперова, А. Е.Шейкшш, В, Л .Чернявского и др. по изучению свойств бетонов, выдерживаемых на морозе, I. применению противоморозных добавок обусловили разработку при ведении строительных работ в зимний период безобогревного метода бетонирования. Однако, широкое применение этого метода одерживается радом причин: недостаточным темпом набора прочности при отрицательных тешг-ратурах;. узким температурным интервалом твердения бетона с гуотиво-морозными добавками; снижением долговечности бетона и коррозией арматуры при использовании некоторых добавок.-

Специальные цементы - глиноземистый, малоалюшнатный и др.твер-0

дект только до -■ 15 С и из-за слокностей их производства, дефигдта и высокой стоимости не нашли широкого применения. •

Исследованиями М.А.Саницкого и О.Я.Шийко, проведенными под руководством Л.Г.Шпыновой, в работах И.0дл-?ра, Я.Скальпы и С.Брунауэ-ра показано, что традиционный замедлитель схватывания портландцемента - двуводный гипс. - является недостаточно эффективным при отрицательных температурах. С позиции физико-химии обоснована целесообраз-* ность применения безгиисового портландцемента с добавками лигносуль-фоната и поташа. Установлено,' что применение безгипсового портландцемента позволяет наиболее эффективно использовать потаи как проти-■ воморознуга и интенсифицирующую процессы твердения добавку. При введении потаиа к рядовому портландцементу часть добавки / 4 % / взаимодействует о гипсом с образованием кальцита и арколита, но проявляющих прогнвоморозн'ое действие.

О.Я.Шийко установлено, что бетон на бозгипсовом лортланмтмен-

те с добавками ЛСТ к поташа более интенсивно, чем на рядовом, набирает прочность при отрицательных / до - 30 °С / температурах. Это позво.чяет нагружать конструкции на его основе в зимний период времени. Для достижения заданной прочности содержание противоморозной добавки поташа может быть снижено в 2...3 раза по сравнению с' бетоном на рядовом портландцементе. Наиболее полно изучены технологические свойства бетонных, смесей и кинетика твердения бетона на основе БПЩ с различным количеством поташа и ЛСТ при отрицательных и низких по-логлтельных температурах.

Безгипсовый цемент с вводимыми добавками в зависимости от тем-пературно-влажностных условий, безусловно, влияет на физико-механи- ■ ческие свойства бетона вообще и, в частности, ймеющае важнейшее значение для дорокннх покрытий деформативность и выносливость. Вместе с тем, без проведения комплексных исследований этих свойств невозможно обосновать количественное содержание добавок к цементу.

В работе принят, согласно предварительным расчетам, интервал содержания поташа - 2,5...10 % и 0,5...1 % JICT от массы цемента. Такой интервал доляен обеспечить требуемые показатели Снижения температуры замерзания жидкой фазы .интенсивности твердения при отркца-тельных температурах, формирование более плотной структуры цементного камня и бетона. В связи с изложенным можно онидать повышения отмоченных выие свойств, в т.ч. морозостойкости и истираемости. Предполагается, что введение КХД долхшо способствовать повышению упруго-пластических деформаций при эксплуатации безгипсового портландцеменг-ного бетона.

Для достижения поставленной цели исследований в работе последовательно решались следующие основные задачи: 1

- обоснование возможностей использования беэгидеового портландцемента с комплексной добавкой противоморозного и пластифяцндуяздего действия для безобогревных батонов различного, в т.ч. дорожного,ваз-

начения;

- разработка методик исследования деформативнкх своЛств бетона, твердеющего при отрицательных температурах;

- проведение исследований собственных и вынужденных деформаций бетона под воздействием температуры и влажности;

- разработка методик прогноза изменения прочностных и деФорма-тивных характеристик под влиянием изучаемых факторов;

- разработать рекомендации•по безобогревному бетонированию в зимних условиях;

- .выполнить лрошгтленнне испытания и осуществить внедрение разработанных составов и технологий безобогревного бетонирования.

лов, бетона,технология изготовления опытных образцов и методики их испытаний.

В работе использованы рядовой и дорожный портландцемента марок 400 и 500 Николаевского цементно-горного комбината Львовской обл. По составу клинкера цементы относятся к высокоалюминатным. Активность цемента составляла 40,5...41,2 МПа; нормальная густота цемзнт-

2

ного теста - 31,5...26,5 %\ удельная поверхность - 2S00 см /г. Дяя сравнительных испытаний БГПЦ получалп путем помола портландцемент-ного клилкера в лабораторной двухкамерной мельнице до заданной тонкости помола. Параллельно получаля рядовой порт.дандцемент путем совместного помола клинкера и 5 % двухзодного гипса.

ЮСД, вводимая в воду затвореншгбетонной смеси, как указано выше, состояла из двух компонентов - поташа /ТОСТ I05S0/ и ЛСТ / ТУ 81-04-225-79/. Известно', что в качестве противомороэннх добавок в практике зимнего бетонирования часто применяют хлориды натрия и кальция. Поэтому для сравнения результатов изготовлена серия образцов с 'комплексной добавкой', состоящей из 3,5 ;5 хлорида натрия и 5 % хлорида калысия от массы цемента.

приводятся характеристики исходных материа-

В качестве колкого заполнителя использовался оврагашй кварцевый песок Старосельского местороздения Львовской обл. с модулем крупности 2,17 и содержанием пылевидных, глинистых и илистых 1,5 %. Крупный-заполнитель - гранитный щебень Вировского месторождения Ровенской обл. плотностью 1400 кг/м3, пустотностью 46 %, водопоглощением 0,8 %,фракций, 5...10 мм и прочностью 120 МПа.

Рабочий состав бетона / базовый / был подобран из расчета проектной прочности 40 МПа в возрасте 28 суток твердения в нормальных условиях. Соотношение компонентов бетона: Ц:П:Щ = 1:1,5:2,78 при В/Д =0,35. Образцы твердели в нормальных и воздушно-сухих условиях, а также в морозильной камере. За эталон принята равноподЕижная смесь одинакового состава на рядовом портландцементе без добавок. Технологические свойства смесей оценивали по показателям удобоукладываемост.. в зависимости от отношения В/Д. В настоящей работе рассматриваются подвижные.бетонные смеси, наиболее часто применяете при монолитном бетонировании. Сохранность бетонных смесей - период, в течение которого смесь сохраняет уДобоукладнваемость, а прочность затвердевшего бетона соответствует проектной, определялась каздые 15 минут.

В исследованиях использовались следувд..е методики. Физико-химические исследования включали рентгенофазовый и электронномикроскопи-ческий анализы.РФА проводился методом порошков на дифрактомеграх ДР0Н-2 и ДРОН-3 при медном излучении. Электронная микроскопия проводилась на растровом электронном микроскопе "Тесла-БС-300".

Определение параметров поровой структуры бетона производили методом кинетики водопоглощения. Пористость цементного камня изучали методом ртутной порометрии.

Прочностные и деформативные характеристики бетона изучали на образцах - кубах с размером граней 10 см, балочках размером 4x4x16 см и призмах 10x10x40 см по стандартным методикам. Для испытаний многократно-повторной нагрузкой была сконструирована специальная установка ви-

¿рационного действия. Для создания переменных усилий использованы четыре эксцентрика на двух валах, вращающихся синхронно в противоположных направлениях. Статическая нагрузка создавалась пригрузат / стальники блинами / и прикладывалась в 1/3 пролета. Гспытишя проводились при характеристике цикла напряжений 0,5 при частоте 50 гц на базе 2 шш циклов по разработанной методике, позволяющей быстро определить уровень относительного предела выносливости бетона, используя 2...3 образца, и в дальнейшем только его уточнить.

Кстир^емость бетона определялась по методике ГОСТ 13087-81 на круте истирания ЛКК-2, переоборудованном для обеспечения требований методики стандарта. Коэффициент истираемости выражался через потерю массы, отнесенную к единице поверхности истирания в г/см**. Морозостойкость бетона устанавливалась по ускоренной методике НИШЗ.

Исследования деформаций усадки и набухания при водонасыщении бетона выполнены на образцах размером 4x4x16 и 10x10x51,5 см. Измерение линейных деформаций образцов производили компараторами с точностью измерений 0,01 и 0,001 мм швейцарской фирмы "Амслвр".' Систематически контролировалась температура и относительная влажность воздуха.

Температурные деформации / коэффициент линейного температурного расширения / - КЛТР изучался в интервале температур - 40...+120 °С. Образцы охлаждались в морозильной камере, нагревались - в специальном термошкафу. Температура в бетоне измерялась с помощью от-тарированшх хромель - капелевых термоэлектрических преобразователей, деформации - с помощью компараторов непосредственно после извлечения образцов из морозильной камеры и термошкафа.

Дилатометрические исследования проводились нр специальной установке в диапазоне температур + 20...- ВО °С. Деформации бетона при изменении температуры измерялись индикатором часового типа с точностью 0,001 мм через каждые 15 минут. Начальную температуру

льдообразования определяли по изотермической площадке па кривой охлаждения образцов из графиков зависимости " время - температура замерзания бетонной смеси". . ' '

Третий раздел диссертации посвящен особенностям структурообра-зования, прочностным и механическим характеристикам безобогревного бетона на основе БГЩ и КХД.

Исследования показали, что использование для твердения бетона при отрицательных температурах БГПЦ, характеризуемого низкой водо-потребностью, позволяет получить бетон плотной структуры с высокой прочностью на начальном и конечном этапах твердения. Введение в состав бетона КХД, состоящей из 1...1.5 % ЛОТ и 5...6 % потагаа, позволяет получать см^си высокой сохраняемости и заданной скорости твердения в условиях отрицг'ельных температур. Показано, что добавка играет роль р гулятора схватывания бетона, способствует быстрому образованию первичного структурного каркаса из гексагональных' гядроалю-млнатов, гидрокарбоалюминатов -и гидрооксида кальция.

Исследование параметров поровой структуры цементного камня и бетона подтвердило предположение, что бетон на основе БГЩ имеет более высокую плотность, сникенные на 25...35 % истинную пористость и на 10...35 % максимальное водопоглощение. Поровое пространство бетона характеризуется снижением мезопористос'ти и более высокой однородностью размеров капилляров. Этим объясняется повышение физико-механических свойств и морозостойкости бетона по сравнению с бетоном на рядовом портлшщцементе.

Установлено, что наличие достаточного количества жидкой фазы определенного состава в бетоне на БГЦЦ является необходимым условием набора критической прочности при твердении бетона, в условиях (отрица- / тельных температур. Б дальнейшем,при размораживании, достигается проектная прочность. КХД с поташом обеспечивает снижение температуре замерзания жидкой фазы. Интенсифицируется гидратация и структурообразо-

ванне БГПЦ. При этом новообразования, появляющиеся на начальной стагии гидратации, стабильны и не привода? при дальнейшем твердении к деструктивным изменениям. Выведены эмпирические зависимости деформаций свежеприготовленного бетона при охлаедении. Сделала попытка оценить прочность и содержание поташа от температуры замерзания жидкой фазы:

6Н-Ю~4 = S5,G4l0gt3iK>í)i4 44,73; ( I )

(gH- V10"4 n 4 + 5 í -'ta) - 11 - I'6 -

з.ж.ф.- of587 • ** ( 3 )

R * 45 + 2,53 . . ( 4 )

Установлено, что мелкозернистый песчаный бетон / мезоуровень / состава 1:2, В/Ц = 0,40 без КХД на 28 сутки воздушно - сухого твердения имеет прочность на 20, а нормального - на 45 % ниже, чем бетон о КХД. Добавка поташа повышает прочность бетона, в зависимости от условий твердения и вида цемента, на 20...60 %. Набор прочности бетона без КОД в морозильной камере при - 30 ?С не происходит. Бетон на основе БГПЦ и КХД твердеет значительно интенсивнее, чем на ПЦ с добавкой поташа в 3,3 раза выше. По абсолютной величине в первом случае прочность бетона на сжатие и растяжение при изгибе в • возрасте 28 суток составляла 21 и 5,2, во втором - 18,8 и 3,8 МПа соответственно. Через 360 суток соответственно - 52,6, 7,0 и 28,6, 5,0 МПа.

. Продолжительность твердения в морозильной камаре влияет на кинетику нарастания прочности бетона на БГПЦ. Чей длительнее твердение бетона при - 30 °С, тем медленнее набор прочности при дальией-щем твердении в воздушло - сухих условиях. !

Установлено, что бетон на БГПЦ с КХД достигает 100 % проектной прочности при твердении в морозильной камере в течение 20 суток при

т 15.,.- 45 °С. В то же время бетон на Щ достигает 55...60 %.

Рецептурно-технологическое влияние КХД на свойства бетона на БИЩ производилось по методике проф. Вознесенского В.А. с использованием • системы СОМРЕХ, разработанной Одесской Государственной Академией строительства и архитектуры. На основании моделирования основных показателей "качества бетона / сохраняемости смеси и прочности /, а тотав ряда обобщающих показателей, характеризующих интеноиг-'ость изменения свойств под влиянием КХД, установлено, что рациональной дозировкой добавг.м можно более чем в два раза увеличить время сохраняемости смеси. Бетон из смеси повышенной подвюжости с оптимальными дозировками ЛОТ и потаиа характеризуется высоким темпом набора прочности по сравнению с бетоном из малоподвижных смесей. Результаты анализа изменения прочности бетона по комплексу обобщающих критериев подтвердили вывод о различном направлении действия ЛСТ в зависимости от удобоукладываемости смеси и сроков твердения бетона.

Изучением поведения бетона при действии многократно-повторяющейся , нагрузки показало, что относительный предел выносливости бетона на' БНЩ с КХД. на 8... 12 $ ваше, чем на рядоЕом Щ. Зто объясняется повышением доли пластических деформаций бетона, степени однородности его структуры И сшилнпем величины общей пористости.

Коэффициент истираемости бетона разработанного состава ниже допустимого нормами для дорожных бетонов, равного 0,7 г/с^, и в возрасте" 1Ш суток составляет 0,24...0,27 г/см2;

Морозостойкость бетона оказалась в среднем в два раза выше, чем " бетона на рядовом ПЦ при одинаковой температуре твердения - 15 °С. ■.

Основные -физико - механические характеристики бетона на БГОЦ с !Ш. к бетона на рядовом ЛЦ с КХД состава 0,5 % ЛСТ и 10 % потаиа приве-,' пены в таблице.

Основные Физико-механические характеристики бетона на БГПЦ с КХД /ЛСТ 0,5 + поташ 2,:.6 %/ состава Ц:П:Щ = 1:1,¡5:2,78

Показатели

: Един, •измерен.

Бетон на БШЦ|Бетон на ПЦ

с КХД

с 1ЩГ

Плотность сухого бетона

Истинная пористость

Максимальное водопоглощение по объему

Кубиковея прочность на 28 сутки

Призменная прочность на 28 сутки

Коэффициент призменной прочности

Прочность на растяжение при изгибе ■

кг/м3

%

%

МПа МПа

МПа '

"Относительный предел выносли-. -восги

Коэффициент истираемости

• о

Морозостойкость при -.15 с

Начальный модуль упругости в возрасте 28 сут, Ев.ю

Коэффициент линейного температурного расширения при: 0

' + 40 с

; + 60 °с

Максимальные относительные деформации набухания ■'

Максимальные относительные деформации усадки ' -

г/см

циклы МПа-

2420...2455 7,3...8,1 6,9...8,5 ,

30,5...35,1

25,3...27,8

О,77...О,83 3,7...4,8 0,43...0,45

0,24...0,27

330 31,4...41,3

2360

10.7 9,9

19,9

15.8

0,79 2,1 0,40

' 0,ЗГ 140 22.6

°с-г

(1,06... 1,09)-10~ х,25-Ю-5

-5

(1,25.. .1,39)'Ю 1,41*10

35-Ю' 191-10~

,-5

СО-Ю"

250*10"

Добавка состава: ЛСТ --0,5, поташ - 10 %.

'В четвертом разделе диссертации приведены результаты и анализ исследований собственных, и вынужденных деформаций бетона при'воздействии влажности и температуры окрукалцей среды.

Установлено, что бетон на БГЩ с КХД имеет в 1,20,..1,35 раза меньшие де>|ормации усадки, чем на рядовом Щ, при одинаковых условиг ях твердения. ' '

Обнаружена прямая зависимость суммарных деформаций усадки образ-' цов различного размера от количества поташа, описываемая уравнениями:

- для образцов 4x4x16 см £ = С82 - 8П МС5; ( 5 )

7

- для образцов 10x10x51,5 см £ '=( 98 - 15,5П) *10"5. ( 6 )

У

Усадка бетона'прямо пропорциональна величине капиллярного давления, количеству испаряемой воды и обратно пропорциональна величине начального модуля упругости. Бваду того, что истинная пористрсть бетона .на основе БГПЦ с КХД меньше на 25...35 % по сравнен® с пористостью ■ бетона на рядовом Щ, количество удерживаемой в цементном камне воды меньше. Это обуславливает снижение относительной температурлой усадки при испарении влаги, а также величины усадет.

Установлено, что деформации набухания зависят от температуры твердения, количества и вида добавок. При температуре - 15 °С бетон на Щ с 10 % поташа имеет деформации набухания выше ка 50. %, чем бетон на ЕГОЦ о содержанием поташа 4 %.

Возможен прогноз линейных относительных деформаций набухания прямолинейного элемента на основе зависимости:

. £н = %р.н<+ (»Ядх-*кр.нЧ/ ' С7) • ,

где № Кр н - 1фитическая влажность; ^¡¡^ - максимальная влажность бетона при водонасыцении; Ы.',оС" - коэффициенты линейного набухания,

н н

зависящие от условий твердения бетона и начальной влажности, устанав-

лйваемые экспериментально.

Исследованиями темлературно-влажностных деформаций показало, 'что вид цемента и количество добавок практически не оказывает влияния на величину КЛТР. Рассматривая перераспределение влагосодер-жания и собственных усадочных'деформаций, можно сделать однозначный вывод, что величина КЛТР зависит от показателей влажности ботона и температуры среды. С.увеличением температуры и при снижении влажности КЛТР возрастает.

Учитывая, что усадка и набухание бетона оказывает значительное влияние на величину температурных деформаций, предложено темпера - ' турные деформации характеризовать коэффициентом температурно-влаж-ностных деформаций. Он имеет вид; ' '

• «¿ьг» " А ( вуцк < 8 >

где А ■*• коэффициент, учитывающий увеличение КЛТР растворной части

в зависимости от влажности; В - степень гидратации цементного камня; V - содержание в бетоне соответственно цементного каши, мелкого и крупного заполнителей; оС - КЛТР цементного камня, мелкого и крупного заполнителей.

КЛТР сухого бетона да БГПЦ с ИД при температуре + 40 °с на 14... 17 % ниже, чем на Щ; при повышении температуры до + 60 °С •КЛТР обеих составов практически одинаков.

Изучение деформативностя бетона при кратковременном нагружегаш показало следующее. При твердении бетона на БГПЦ в нормальных условиях начальный модуль упругости'в возрасте 28 суток в 1,3...1,7 раза выше, чем на Щ. Увеличение количества поташа о 2,5 % до б % . приводит к снижению модуля упругости. Введение в состав бетона на БГПЦ 0,5 % ЛСТ и 5 % поташа, твердевшего при - 15 °С, приводит к снижению величины модуля упругости по сравнена, с аналогичными показателями бетона на ПЦ. После размораживания и последующего твердения бетона на Б1ЛЦ с КХД в течение 28 с'ут в нормальных условиях

модуль упругости практически соответствует модулю равнопрочного бетона на Щ, твердеющему в нормальных условиях.Увеличение количества поташа до 10 % приводит к повышению модуля упругости бетона.

Модуль упругости водонасыщешюго бетона выше, чем сухого.Результаты циклических испытаний бетона по режиму "высушвание-водонаснще-ние" подтвердили сложившееся мнение о.том, .что прочностные и деформаг-тивные характеристики бетона зависят от состояния воды, находящейся в цементном камне или 5 компонентов сорбционноЯ нагрузки: трех растягивающих - поверхностной,. кекплоскостной, межкристаллической, и двух сжимающих - микропористой и капиллярной.

Анализ результатов показал, что модуль упругости находится в прямой зависимости от температуры замерзания жидкой фазы, которая сохраняется в бетоне до 5 лет и имеет вид:

- в I год Е^Ю3 - 42 - I,355ta.B.£.-s ( 9 )

- в 5 лет Е^'Ю3 = 46,5 - 2,S8t3>;K>$> ( 10 )

Расчетные величины модулей упругости, вычисленные по этим зависимостям, отличались от опытных на 1,3...6,1 ¡5.

Пятый раздел диссертации посвящен технологии бетона на основе ЕГПЦ с КХД и внедрению результатов.

Проведенные исследования явились основой разработки рекомендаций по технологии и применения бетонных смесей на основе БГПЦ с КХД, предназначенных для безобогревного бетонирования дорожных покрытий и конструкций в зимних условиях. Показано, что бетонная смесь разработанного состава может изготавливаться на заводах, оборудование, отделениями химических добавок, без изменения технологической охеиы.

Построены номограммы / рис.1.1/ для определения количества компонентов КХД - поташа и ЛСТ в зависимости от требуемой сохраняемости бе- / тонной смеси и прочности бетона при температурах + 20, - 15 и - 30 °С.

1'слледовалке собственных деформаций бетона позволило разработать -

а/

б/

в/

Р,0

7,5

5,0

10,0

7,5

5,0

¿У Г*, У ^

/ / /

0,5 • 0,75 1,С • к2со3,*

/ / / / / ✓

/ / / 2 — /

Ш1 Ж

/ / /у

0,5 0,75 1,0

У/

8 я

Л-

0,5 0,75 1,0 лет,?

• р

Ж / /

0,5 0,75 1,0 лет,?

1 т

/ /

0,5 0,75 1,0 0,5 0,75 1,0 0,5 0,75 1,0

лет,?

Рис. 1.1.Номограмма для определения количества1 добавок в зависимости от требуемой сохраняемости бетонной смеси и прочности бетона при + 20, - 15 и - 30 С: а - 3 сут; 6-7 сут;

в - 28 сут.

Линия равной прочности бетона.

--- Линии равной сохраняемости бетонной смеси

рекомендации по уточнению расчета дорожных цементобетонных покрытий с учетом дополнительных напряжений, возникающих при воздействии влажности к температуры.

Составы бетона на БГПЦ внедрены при зимнем бетонировании дорожных покрытий и монолитных бетонных полов в Иркутской, Тюменьской и Львовской областях в 1987...I9S0 гг. в объеме 6000 м3. • . Применение бетона на основе ЕПЩ при зимнем бетонировании позволяет экономить 120...150 квт-ч электроэнергии, 5,5...5,8 кг металла, до 25 кг цемента на м3 бетона и на 0,26...О,44 чел-смены сократить трудозатраты.

О Б 1 И Е В Ы В О Д Ы

X. Обоснована целесообразность применения безгипсового портландцемента с комплексной химической добавкой противоморозного и пластифицирующего действия для безобогревных бетонов с улучшенными деформатив-ными характеристиками, твердеющих при низких положительных и отрица -тельных температурах.

2. йнзико - химическими исследованиями гидратации и структурообра-зования безгипсового портландцемента в присутствии поташа в лигносуль-фоната показаны возможности снижения температуры замерзания жидкой фазы, повышения сохраняемости свойств бетонной смеси,' обеспечения заданных темпов твердения, а также формирования плотной мелкопористой структуры цементного камня и бетона с целью повышения его прочностных и де-формативннх свойств.

3. Разработана комплексная методика изучения деформативных сёойотв твердеющего бетона, включая собственные и вынужденные темяературно-влаяс-ностние деформации усадки и набухания, коэффициента линейного температурного расширения, деформаций при кратковременном кагружении, модуля/ упругости и др. Предложена методика прогнозирования деформаций уаадки и набуханкя бетона с учетом состава вяжущего и условий твердения.

4. Диказано, что основные физико-механические характеристики

. бетона на безгипсовом портландцементе с комплексной химической до-'бавкой выше аналогичных показателей бетона на рядовом портландцементе-, а именно:

- начальный модуль упругости выше в 1,35...1,81 раза;

- коэффициент линейного температурного расширения при температуре f 40 °С ниже на 14...17 %;

- максимальные 'относительные деформации набухания ниже в 1,4

раза;

- максимальные относительные деформации усадки ниже в.1,3 раза;

' - относительный предел выносливости на 8...12 % выше. ,

5. Изучением характера развития собственных.деформаций бетона показана возможность расчета цеменгобетоняых дорожных покрытий с учетом-дополнительных'напряжений, возникавших под действием темпе-ратурно-влажностного фактора.

6. Установлена взаимосвязь меаду прочностными и деформатявными характеристиками бетона с составом и свойствами безгипсового портландцемента, что обеспечивает в требуемых пределах оперативно регулировать содержание, добавок в зависимости от температуры и влажности окружающей' среды.

7. На примере дорожных покрытий показано, что безгипсовый-портландцемент с комплексной химической добавкой существенно расширяет области применения ресурсосберегающей безобогревной технологии изготовления конструкций и сооружений из сборного и монолитного бетона

с улучшенными прочностными и деформатввшши характеристиками.

• 8. Разработаны " Рекомендации по безобогревному бетонированию конструкций в зимних условиях с применением безгипсового портландцемента с комплексной химической добавкой".

9. Безобогревные бетоны на безгипсовом цементе внедрены в 1987 ...1990 гг. в объеме 6000 м3 при бетонировании в зимних условиях до-

рсшшх покрытий и монолитных полов в Иркутской и Тюменьской областях России и Львовской области / Украина /.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: .

1. Усов Б.И.,Бигун Г.Г. Исследование Жетонов, твердеющих при отрицательных температурах. /Вестник ЛЛИ:?ззервн прогресса в строительстве и архитектуре. - В 233. -Львов:Изд-во при ЛГУ.Издательское обьединение "Вица школа". - 1989. - С.103-105.

2.Усов Б,1.,Б1гун Г.Г.,Дирда В.М. Деформащ? набухання бетонов на.безг1псовому портландцемент];. /В1сник ЛП1:Резерви прогресу . в арх1тектур1 та будхвництвк - 3 252. .-Лыпв:"СвЬ,и.-1991.-0.4-5*

3.Яг вша Р.Я.,Бггун Г.Г. Про вплив вологостг на температурнг деформаци бетону. /ЕЙсник ЛП1:1езерви прогресу в арх:тектург та будхвництв1. - № 252. -ЛьВ1в:"Св1Т". -Г591. -С.67-69.

4.Лгвша Р.Я.,Б1гун Г.Г. Характеристики пористост! бетону на безг:гпсовому портландцемент!. /Втсник ЛП1:Резерви прогресу в архитектур! та будхвництв!. -й 262. -Льв1в:"Свгт". -1992. -С.7-8.

5.Л1вша Р.Я.,Б:гун Г.Г.,Жук М.М. Морозостгйкгсть бетонхв на безгхпсовому портландцемент!. /Б!сник ДУ-"Льв1вська полгтехнгка": Резерви прогресу в архитектур! та бу^внйцтв1. - й 271. -Львхв: ДОД ДУЛП. - 1993. - С.6-8. ,

6.Бигун Г.Г. Свойства бетонов на безгипсовом портландцементе. /Проблемы строительства и инженерии среды. Т.1. - Жешув. - 1995.

- С.41-46. .."'''

7.Орловский Ю.И.,Семченхов А,С.,Ливша Р.Я.,Романский И .Г., Гигун Г.Г.Доржевский В.И. Оценка напряженного состояния бетона дорожних плит. //Бетон и железобетон. — 1995. - й 5. -С.2-5, .

Biryu Г.Г. Безогргвний цементобетон на безНпсовому в'яжучому.

Дисертацтя в рукописному виглядг на здобуття вченого ступеня кандидата техшчних наук за спецхальнхстю 05.23.05 - будхвельнг матергали i вироби. Харк1воький дерясавний авгомоб1льног-дороян1Й техмчний ун1верситет, XapKiB, I99S.

Дисертацхя мхстить експериментально-теоретичнх досл1джоння ■ властивостей i технолог:I безогргвжого цементного бетону на безвизовому в'яжучому з комплексною' ХХМ1ЧНОЮ; добавкбю в склад: лхг-носульфояату i потаиу. Вивч'енЕ i встаяовленг осУговнг фгзико-меха-Hinni характеристики розроблеиога складу бетону* власн1 i вимушенг деформацхЗЕ. Розроблеих ршсхжвндацгх з технолога i вдосконалення розрахунку Оетоннкх дорожнхх покриттхв. Здхйснено вдровадаення розробленого складу бетона в дороете: будгвництво в зимових умовах. Технхко - экономична ефективнхств баэуствся' на економп електроене-ргП.металу,цементу i трудозатрат-.

Ключов: слова: безгхпсовий- портландцемент,, комплексна Х1М1чна добавка, безогрхвний дорожнхй бетону властмзсстг,. технологхя.

Bigun G.G. Heating-free с eras nit concrete-by gypsum-free cement.

The manyacript of diasertafei'an for getting degree of Candidate :of Technical science, speciality 05*23*05 "Building materials and articles", Kharkov State Road-making Technical University.

The results of experimental and- theoretical investigations of

properties and technology of the heating-free oement concrete by

gypsum-free cement with complex chemical admixture are presented in

'dissertaion . The main physical-technical characteristics of deslg-i 1

ning mix compositions and date on it a own and forced deformations are researching and determinating in dlaaertalon. The Xecomending for technology of production and designing of concrete roradway coa-

'ting are developed. The results of investigations are introducing in road-making. The economic effect of improving this material in road construction in receiving by reduction of electric powei-,netal, cement and labour-consuming.

j Key words: gypsum-free portland cement, complex chemical admixture, heating-free paving concrete, properties, technology.