автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Структура и свойства бетонов с двухстадийным расширением

На правах рукописи

Потапова Юлия Игоревна

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА БЕТОНОВ С ДВУХСТАДИЙНЫМ РАСШИРЕНИЕМ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

15 АПР 2015

Ростов - на - Дону, 2015

005567166

005567166

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный строительный университет» на кафедре «Технология строительного производства»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Несветаев Григорий Васильевич

доктор технических наук, профессор

Перцев Виктор Тихонович

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет», профессор кафедры «Технология строительных материалов, изделий и конструкций»

Ведущая организация:

Удодов Сергей Алексеевич

кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», доцент кафедры «Производство строительных конструкций и строительной механики»

ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет»,

г. Махачкала

Защита состоится 21 мая 2015 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д.212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г. Ростов - на - Дону, ул. Социалистическая, 162, РГСУ, корп. 1, ауд. 1125. Тел./факс. 8(863) 201-90-03. E-mail: dis sovet rgsu@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета и на сайте www.rgsu.ru

Автореферат разослан 20 апреля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

A.B. Налимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В «Стратегии развития промышленности строительных материалов на период до 2020 г.» ключевыми направлениями рассматриваются жилищное, промышленное, инфраструктурное и дорожно-транспортное строительство. В жилищном строительстве одним из наиболее остро стоящих вопросов является реконструкция, техническое перевооружение, реставрация и усиление зданий массовой застройки по типовым сериям, возведенных в прошлом веке. Нормативный срок эксплуатации значительной части таких зданий завершается, однако, многие из них после выполнения мероприятий по доведению до современного уровня требований по надежности, энергетической эффективности, инженерной оснащенности и экологической безопасности могут успешно эксплуатироваться еще долгое время.

В соответствии с государственной политикой, направленной на восстановление промышленной сферы и наращивание производственных мощностей, многие действующие или существующие предприятия требуют реконструкции основных фондов и модернизации технологического процесса. В сфере развития инфраструктурного строительства актуальными являются развитие сети и повышение качества и пропускной способности автомобильных и железных дорог, в том числе в труднодоступные горные районы, что часто требует прокладки тоннелей, строительство новых и реконструкции действующих аэропортов, развитие морского и внутреннего водного транспорта, развитие метрополитена в крупных городах. Особая роль принадлежит энергетическому строительству, поскольку уровень производительности труда и ВВП напрямую связаны с энерговооруженностью промышленности. Модернизация и строительство электрических станций всех видов, развитие и совершенствование электрических сетей, включающих линии электропередач и подстанции, развитие собственной производственной базы энергетического строительства необходимы для обеспечения всех сфер деятельности человека.

Для реализации конкретных инженерных решений в указанных направлениях строительства существует потребность в материалах для инъектирования, надежно заполняющих опалубочное пространство (далее в работе под этим термином будет подразумеваться: заделка швов и стыков между конструкциями с обеспечением высокой надежности и монолитности, усиление фундаментов зданий и сооружений, выполнение подливок под технологическое оборудование, в том числе испытывающих динамические нагрузки, работы по инъектиро-ванию каналов преднапряженных конструкций с натяжением арматуры на бетон в построечных условиях, устройство крепи при прокладке тоннелей, шахт и др.) даже в стесненных условиях производства работ при определенных ограничениях по организации операционного контроля. Для указанных целей возможно применять высокоподвижные за счет суперпластификаторов (СП) расширяющиеся за счет газообразующей добавки (ГД) бетонные смеси на основе напрягающих цементов (НЦ) и регулятора кинетики структурообразования (РКС), позволяющие получать напрягающие бетоны с высокой непроницаемостью и надежным сцеплением с основанием.

Целью исследования является развитие научных представлений об основных закономерностях формирования структуры и свойств цементного камня НЦ в сочетании с комплексной добавкой «РКС + СП + ГД», уточнение зависимостей «состав-технология-структура-свойства» и разработка основных положений проектирования составов бетонов для инъектирования с двухстадийным расширением.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать влияние рецептурных и технологических факторов на формирование структуры и свойств цементного камня НЦ, модифицированного комплексной добавкой РКС+СП+ГД;

- установить основные количественные закономерности изменения структуры и свойств цементного камня НЦ в зависимости от его рецептуры, дозировки комплексной добавки РКС+СП+ГД и соотношения ее компонентов;

- уточнить известные закономерности «состав-технология-структура-свойства» применительно к бетонам с двухстадийным расширением, получить количественные зависимости между строительно-техническими свойствами бетонов и рецептурно-технологическими факторами и разработать на их основе основные положения по проектированию составов для инъектирования с двухстадийным расширением.

Научная новизна работы:

- развиты научные представления об основных закономерностях формирования структуры и свойств цементного камня НЦ в сочетании с комплексной добавкой РКС+СП+ГД;

- разработан на уровне изобретения состав бетонной смеси с двухстадийным расширением, включающий портландцемент - 17-21 масс. %, щебень гранитный фракции 5-10 мм - 31-33 масс. %, песок двух фракций 0,16-0,63 мм и 1,25-5 мм с модулем крупности 2,7 - 31-37 масс. %, воду, комплексную расширяющую добавку - 3,3-6,6 масс. %, состоящую из глиноземистого цемента - 69-72 масс. % и молотого гипсового камня - 22-24 масс. %, суперпластификатора СТепшт-51 - 3,2-7,9 масс. %, пудры алюминиевой - 0,8-1,1 масс. %;

- уточнены зависимости «состав-технология-структура-свойства» для бетонов с двухстадийным расширением и на их основе разработаны основные положения проектирования состава бетонов;

- теоретически обоснована и экспериментально доказана целесообразность комплексного модифицирования цементного камня НЦ с целью обеспечения согласованности процессов расширения и формирования прочности во времени посредством комплексной добавки РКС+СП+ГД.

Практическая значимость работы:

- впервые получен новый материал - напрягающий бетон для инъектирования с двухстадийным расширением;

- изучено влияние рецептурно-технологических факторов на формирование структуры и свойств напрягающего бетона для инвестирования с двухстадий-ным расширением и определены технологические параметры их применения;

- предложены зависимости для проектирования составов бетонов с двухста-дийным расширением с учетом наследственных факторов при расширении на 1 стадии.

Достоверность результатов исследований и выводов обеспечена использованием методов измерений и испытаний в соответствии с действующими государственными стандартами на поверенном оборудовании, обработкой экспериментальных данных методами математической статистики с применением современной вычислительной техники и компьютерных программ, количеством контрольных образцов-близнецов, необходимом для получения доверительной вероятности 0,95 при погрешности не более 10%.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1. Международной научно-технической конференции «Наука, техника и технология XXI века (НТТ - 2013)» (Нальчик: Каб.- Балк. гос. ун-т им. Х.М. Бер-бекова (2013)),

2. Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (Москва: ФГБОУ ВПО «Моск. гос. строит, ун-т» (2013)),

3. IV Международном семинаре-конкурсе молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей (Москва: Экспоцентр (2013)),

4. Международной научно-практической конференции «Строительство-2013» (Ростов-на-Дону: ФГБОУ ВПО «Рост. гос. строит, ун-т» (2013)),

5. Международной научно-практической конференции «Строительство-2014» (Ростов-на-Дону: ФГБОУ ВПО «Рост. гос. строит, ун-т» (2014)),

6. Всероссийской научно-технической конференции «Высокотехнологичные и энергоэффективные технологии и материалы в строительстве» (Махачкала: ДГТУ (2014)).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 работ общим объемом 2,75 п.л., лично автором 1,75 п.л., в том числе: 6 — без соавторов, 5 - в рецензируемых изданиях из перечня ВАК, 1 - патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического списка из 344 наименований, 3 приложений, изложена на 254 страницах машинописного текста, содержит 126 рисунков, 36 таблиц.

На защиту выносится:

- обоснование необходимости и способы комплексного модифицирования цементного камня;

- методика расчета состава бетонов для инъектирования с двухстадийным расширением;

- результаты исследований изменения структуры и свойств цементного камня НЦ в зависимости от его рецептуры, дозировки комплексной добавки СП+РКС+ГД и соотношения ее компонентов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи исследования, определены основные положения, выносимые на защиту диссертационной работы, приведены научная новизна и практическая значимость, представлены сведения о степени достоверности, апробации полученных результатов.

В первой главе на основании анализа основных тенденций развития технологии бетона и выявленной потребности строительного комплекса в составах с компенсированной усадкой для инъектирования, сделан вывод о целесообразности развития научных представлений о формировании структуры модифици-

рованных бетонов и уточнения, с учетом особенностей сформировавшейся структуры на первой стадии расширения, закономерностей «состав-технология-структура-свойства» напрягающих бетонов, в т.ч. мелкозернистых. Для обеспечения высокой подвижности бетонных смесей для инъектирования, способных к расширению до начала схватывания (первая стадия расширения) за счет введенной ГД (Гоффман, Эйлсуорт, Дайлер, Фреймарк П.Г., Богданов Н.В., Брюшков A.A. и др.), целесообразно использовать высокоэффективные СП на основе эфиров поликарбоксилатов (Баженов Ю.М., Демьянова B.C., Калашников В.И., Несветаев Г.В. и др.), а согласованность газовыделения с расширением на первой стадии и, особенно, согласованность процессов формирования структуры цементного камня в ранний период твердения (Перцев В.Т. и др.), расширения и роста прочности напрягающих бетонов (Айрапетов Г.А., Звездов А.И., Литвер C.JL, Кузнецова Т.В., Михайлов В.В., Панченко А.И. и др.) может быть обеспечена применением РКС. Формирование активного эттрингита (Панченко А.И.) при расширении цементного камня обеспечивает благоприятное напряженно-деформированное состояние структуры бетона, высокую непроницаемость и плотный контакт с основанием (Айрапетов Г.А., Будагянц Л.И., Загурский В.А., Звездов А.И., Кардумян Г.С., Кузнецова Т.В., Литвер С.Л., Михайлов В.В., Несветаев Г.В., Никитина Л.В., Осокин А.П., Харченко И.Я., Hein, Lossier Н., Mehta P., Chatteiji S., Tanako Т., Watanabe Y. и др.).

На основании выполненного анализа известных технических решений в области исследования в работе формулируется рабочая гипотеза о том, что при отсутствии или ограниченной возможности контроля за заполнением опалубочного пространства возможно обеспечение требуемого уровня качества посредством применения составов для инъектирования с двухстадийным расширением, увеличивающихся в объеме на первой стадии вследствие газовыделения в бетонной смеси за счет ГД, а на второй стадии обеспечивающих развитие самонапряжения при расширении бетона вследствие регулируемого образования эттрингита.

Во второй главе приведены сведения об используемых материалах и методиках исследований. Использованы: -ПЦ 500 ДО производства завода «Пролетарий» («Новоросцемент»); РД сульфоалюминатного типа на основе глиноземистого цемента Isidac 40 производства CimSA (Турция) и природного гипсового камня; песок для строительных работ обогащенный Малкинского песчано-гравийного карьера в виде двух фракций - крупной и мелкой при содержании крупной - от 30% до 50% по массе; щебень гранитный Павловского карьера М1200 фракции 5-10 мм; СП на основе эфиров поликарбоксилатов производства BASF: Melflux® 2641 F, Melflux® 2651 F, Melflux® 5581 F, Glenium® Ace 30, Glenium® 51, Glenium® 115; на нафталиноформальдегидной основе производства ООО «Полипласт» (г. Новомосковск): СП - 1ВП; ГД - пудра алюминиевая пигментная (ПАП) по ГОСТ 5494-95; РКС - нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ) по ТУ 2439-347-05763441-2001.

Приготовление и испытание цементного теста, цементно-песчаных и бетонных смесей, определение изучаемых в работе свойств смесей и бетонов производились по стандартным и оригинальным методикам, информация о которых представлена в таблице 1.

Таблица 1 — Методики испытаний, используемые в работе

Показатель Методика определения

Стандартные методики

Вязкость смеси Рекомендации КТБ ЖБ

Собственные деформац ии цементного камня и бетона ГОСТ 24544-81 (87), ГОСТ 30459^2003 (2005)

Прочность при сжшии ГОСТЗЮ.4-81 (2003); ГОСТ5802-86(2002); ГОСТ 10180-90(2003)

Прочность при изгибе ГОСТ 310.4-81 (2003)

Прочность на растяжение при раскалывании ГОСТ 10180-90(2003)

Водопоп ЮЩС11ис, пористость ГОСТ 127303, ГОСТ 12730.4

Минералогический состав ДГАРФА

Нестандартные методики

Кошракция цементного теста Оригинальная

Тепловыделение цеменгного теста ГОСТ24316-80(82Х оригинальная

Кинетика твердения на ранней стадии ГОСТ 17624 (Бетон-32, ультразвуковой метод)

Объем выделяющегося газа Авторская методика

Изменение объема бетонной смеси Авторская метод ика

В третьей главе уточнены основные закономерности изменения собственных деформаций цементного камня в зависимости от содержания РД, ее химического состава (содержания АЬОз и 803, соотношения АЬОз/ЗОз), тонкости помола алюмосодержащего компонента, в присутствии СП и РКС. Определен диапазон рациональных дозировок компонентов РД при возможном изменении содержания РД в составе вяжущего от 13,2 до 33,8%: АЬОз от 7,5 до 9,7%, 803 от 4,7 до 9,6% при соотношении АЬ03/803 от 1,01 до 1,58. При изменении состава вяжущего в указанных пределах деформации свободного расширения изменялись от 0,16 до 83 мм/м (рис. 1).

015%ЦНГФ-2С14КРД

0235«ЦНГФ-2СдарД

СЦМЦНГФ-24,4%РД

015%ЦНГФ-2<М%РД

<}225%ЦНТФ-24,4%РД

ОЛЗЩНТФ-77,7%РД

СР5%ЦКГФ-27,7КРД

0225%ЦНГФ-27.7%РД

ОУв ЦНТФ-2С14%РД

0ЙЦНТФ-24.4КРД

0К.ЦККМ7,7%РД

0134ЦНГФ-ОКРД

отцнтахжрд

Ц225%ЦКГФ<КРД

охцнгехкрд

Время, дни

♦ без НТФ ■ О НТФ

4 ОД НТФ

X 0,15 НТФ

* 0,225 НТФ

Рис. 1 — Зависимость собственных свободных деформаций от количества РД и НТФ во времени (слева) и от суммарного содержания 803: 0...0,225 %Ц НТФ-дозировка НТФ, 0...27,7 % РД-дозировка РД, 1 — данные автора, Т1 и Т2 - по данным Несветаева Г.В., Красильникова К.Г., Кузнецовой Т.В., Дробященко И.М., Моргун В.Н., Виноградовой Е.В.

Как известно, НТФ оказывает селективное действие на кинетику гидратации различных минералов; в связи с этим, регулируя указанные факторы, можно обеспечить согласованность процессов формирования прочности и расширения

цементного камня с целью минимизации последствий структурных напряже-

ний, связанных с расширением. Получены зависимости, описывающие кинетику собственных деформаций от дозы НТФ и РД:

^ - (о, 185 * е2'580*рд) * е(0'913*рдг~0'092*рд+0'070)*рд (1)

Л^Л _ /-q jgj ж е0,066»НТФ^ t е(0,018«НТФ2 + 0,584*НТФ+2Д38)«НТФ /2)

тах

Поскольку изменением дозы НТФ можно регулировать кинетику прочности, то в сочетании с изменением дозы и состава РД можно в широком диапазоне управлять собственными свободными деформациями вяжущего, что особенно важно в ранний период структурообразования цементного камня, когда вследствие несогласованности процессов возможно доминирование деструктивных процессов и снижение прочности, особенно на растяжение (изгиб). В исследованных составах с РД от 18,4 до 24,4% и пределом прочности при изгибе от 4,9 до 14,5 МПа, при сжатии - от 28,3 до 97,6 МПа при обеспеченности согласованности процессов расширения и роста прочности регулированием дозы НТФ в диапазоне от 0,1 до 0,225% отмечен рост предела прочности при изгибе до 80% (рис. 2).

Рис. 2 - Зависимость предела прочности при изгибе от предела прочности при сжатии:

1 — данные автора; Т1 - по ф. = 0, 31 * Я0 779; Т2 - по ф. Яг = 0,69* К0'677; Э — данные автора без НТФ

Вследствие несогласованности кинетики прочности и расширения в структуре цементного камня в период до окончания стабилизации процесса расширения с ростом собственных свободных деформаций в формирующейся структуре

будут появляться дефекты в виде пор и трещин, что негативно влияет на прочность цементного камня и подтверждается снижением динамического модуля упругости (рис. 3). При благоприятных температурно-влажностных условиях после стабилизации расширения вследствие продолжения гидратации формируются новообразования, обеспечивающие уменьшение пористости и «зарастание» трещин. Представленные на рис. 3 данные подтверждают наличие эффекта, известного как «самозалечивание» структуры цементного камня: при расширении 30 мм/м происходит увеличение объема до 9%, что при неизменной массе эквивалентно повышению полной пористости на 9%. Поскольку модуль упругости бетона, как известно, изменяется примерно на 2% на процент изменения пористости, то повышение пористости до 9% должно вызвать снижение модуля упругости до 20% (фактически — до 26%). В результате «самозалечивания» структуры при выдерживании более двух месяцев в благоприятных условиях произошло повышение модуля упругости до 20%, что связано с «зарастанием» трещин и уменьшением пористости вследствие гидратации:

| = ехр(Ь • е) (3)

где Ь = - 0,015 в момент стабилизации расширения и 0,0025 после длительного выдерживания в благоприятных условиях.

Поскольку при отсутствии расширения (ПЦ без РД) при длительном выдерживании в благоприятных условиях отмечается незначительное повышение динамического модуля упругости, а с ростом расширения, т.е. фактически с ростом содержания РД, повышение модуля со временем возрастает более значительно, очевидно, что определяющим фактором роста модуля является не снижение пористости вследствие гидратации, а «зарастание» трещин, обусловленное формированием эттрингита, количество которого пропорционально количеству РД.

г Б

13,0

0,00 10,00 20,00 30,00

Собственные свободные деформации, глм/м

Рис. 3 - Зависимость динамического модуля упругости от собственных свободных деформаций в день замера:

1 —49 суток

2 -120 суток

Установлено, что сульфоалюминатная РД снижает водоредуцирующую эффективность исследованных СП (рис. 4), в связи с чем для получения равнопо-движных относительно эталонных ПЦ бетонных смесей требуется увеличение дозировки СП от 50% (вЗО) до 200% (С51). Для использованных в работе материалов наиболее эффективными СП являются в30 и М2641, обеспечивающие необходимую текучесть смесей при дозировках 0,6 и 0,4 % соответственно.

Рис. 4 - Зависимость предельного напряжения сдвига цементного теста от вида и дозы СП: СП1ВП - СП1ВП «Полипласт»; вЗО - Оепшт 30; С51 -( Летит 51; М2641 - Ме1Пих 2641Р; М2651 - МеШих 2651Е; М5581 -МеШих 5581Р; ПЦ - портландцемент; РД - расширяющая добавка; 8Р1 -предельное напряжение сдвига 10 Па, соответствующее самоуплотняющейся смеси

В четвертой главе исследовано влияние комплексной добавки РД + СП + РКС + ГД на раннее структурообразование цементного камня.

Для количественной оценки влияния различных факторов на процесс газовыделения предложен коэффициент эффективности газовыделения, численно равный отношению объема газа, фактически выделившегося при гидратации НЦ (ПЦ) с добавлением ГД, к объему газа, теоретически способного выделиться при полном взаимодействии ГД с гидроксидом кальция (табл. 2).

Таблица 2 - Коэффициент эффективности газовыделения в присутствии СП

№ Вид СП Коэффициент эффективности газовыделения

1 Отсутствует 0,284 (100%)

2 Иепшт 30 0,247(87%)

3 С1ешит 51 0,112(39,4%)

4 Полипласт СП-1ВП 0,884 (311%)

5 МеШих 2641Б 0,185 (65,1%)

6 МеШих 2651Б 0,169 (59,5%)

7 МеШих 5581Б 0,482 (170%)

При варьировании дозы ГД от 0,13 до 0,44% от массы НЦ в сочетании с оптимальной дозой СП в зависимости от вида СП значение коэффициента эффективности газовыделения может изменяться до 8 раз (!), что, безусловно, влияет на эффективность расширения смеси на первой стадии. Расширение смеси помимо количества выделившегося газа зависит от кинетики газовыделения, способности смеси к деформированию без нарушения сплошности (связности и вязкости смеси), потерь газа при деформировании смеси. В качестве интегрального показателя, характеризующего вышеуказанные факторы, предложен коэффициент эффективности расширения смеси, численно равный отношению увеличения объема смеси при расширении на первой стадии к объему теоретически способного выделиться газа. Значение коэффициента в исследованных составах изменялось на порядок (!): от 0,09 до 0,94. При изменении количества газообразующей добавки от 0,13 до 0,44% НЦ, количества СП от 0,14 до 0,86% НЦ, модуля крупности заполнителя от 1,2 до 2,8, соотношения П/Ц до 2,4, ве-

личины В/Ц от 0,37 до 0,42 увеличение объема мелкозернистой бетонной смеси на первой стадии расширения может изменяться в пределах от 6 до 64%. Зависимость относительного увеличения объема бетонной смеси ДУбс на первой стадии расширения от концентрации заполнителя V и увеличения объема цементного теста ЛУцт описывается формулой:

^£=1 + к*Ьп(1-У), (4)

ДУцт

где к = 0,79-0,9.

При концентрации заполнителя в пределах 0,4 - 0,6 увеличение объема бетонной смеси составляет 0,6 — 0,18 от увеличения объема цементного теста. Практически возможно получение бетонных смесей с расширением на первой стадии до 30%, что позволяет обеспечить гарантированное заполнение опалубочного пространства. Для интегральной характеристики условий заполнения смесью бетонируемого объема предложен коэффициент стесненности условий, определяющий рациональное соотношение фактического объема бетонной смеси и фактического бетонируемого объема, численно равный отношению фактического увеличения объема смеси в ограниченных условиях к увеличению объема смеси при неограниченном расширении на первой стадии.

Поскольку расширение бетонной смеси на первой стадии и бетона на второй стадии приводит к увеличению общей пористости Р, уточнена зависимость предела прочности бетона на сжатие Ир; от дополнительно возникающей при расширении пористости ДР (рис. 5). Сопоставление полученной зависимости

^=ехр(-4,9ДР) (5)

Кро

с известной зависимостью Рышкевича показывает, что в диапазоне приращения пористости до 20% различие величины Ир/Иро не превышает 5%, что можно интерпретировать как инвариантность зависимости прочности от пористости к причинам увеличения пористости. Поскольку прочность цементного камня (бетона) зависит не только от величины Р, но и от Ио (прочность «скелета»), при изменении соотношения кристаллический сросток/гелевидная составляющая в

составе цементного камня вследствие повышения содержания эттрингита возможно получение более высоких значений прочности Б^ в сравнении с ф.(5). Практически в зависимости от величины коэффициента стесненности при оптимальных значениях рецептурных факторов возможно повышение относительной прочности до 18%.

О 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 Дополнительная пористость

Рис. 5 - Зависимость

относительной прочности

от дополнительной

пористости:

1 — данные автора

Т — формула Рышкевича

Сопоставление результатов по тепловыделению в ранний период твердения с результатами измерения контракции (рис. 6) и пористости цементного камня позволило сделать следующие заключения:

- поскольку развитие контракции обусловлено гидратацией, то изменение кинетики гидратации, в частности, в присутствии СП, может вызывать изменение как контракционной пористости, так и аутогенной усадки, влияющей на раннее трещинообразование;

- СП может изменять величину общей контракции (т.е., фактически, степени гидратации) как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, что подтверждается данными по тепловыделению, которые выявили влияние СП как на величину, так и на скорость тепловыделения, а также на продолжительность индукционного периода;

- СП повышает аутогенную усадку ПЦ, а в присутствии РД аутогенная усадка резко снижается, что снижает риск раннего трещинообразования и обеспе-

чивает рост контракционной пористости, что, как известно, благоприятно влияет на морозостойкость;

- соотношение контракционная пористость/контракционная усадка определяется кинетикой формирования кристаллического сростка в ранний период и может существенно изменяться в присутствии РКС с учетом влияния СП на кинетику гидратации.

о

о 10 20

Время гидратации, ч

5 10

Время, час

— — ПЦ-«330 ...... ПЦ+М2641

--НЦ-К330

...... НЦ+М2641

-НЦ4НТФ

--НЦ4НТФК330

...... НЦ1НИЧМ2641

-ПЦ4НТФ

— — ПЦ+НИЖЗЗО ...... ПЦ+К1ЧММ2И1

Рис. 6 - Кинетика аутогенной (контракционной) усадки (слева) и тепловыделения цементного камня:

НЦ = ПЦ+РД; СЗО - СП С1епшш 30; М2641 - СП МеМих 2641Р

Общая пористость цементного камня в основном определяется изменением объема в процессе расширения, особенно на первой стадии. Открытая пористость, как правило, изменяется пропорционально изменению общей пористости, но отмечается некоторое опережение роста открытой пористости относительно полной, в связи с чем фиксируется снижение условно-закрытой пористости. Комплексная добавка РКС + СП увеличивает условно-закрытую пористость НЦ до 6 раз относительно ПЦ.

В пятой главе уточнено влияние рецептурно-технологических факторов на самонапряжение бетона и получена зависимость (рис. 7) самонапряжения бетона с двухстадийным расширением от его предела прочности на сжатие Я, энергетической активности цемента 8рс и условий твердения (воздушные к = 1, водные к = 2) в виде:

5р = к ■ (0,4 * ЬпСЮ - 0,85) • 5рс, (6)

позволяющая совместно с ф. (3) - ф. (5) рассчитывать состав бетона для инъек-тирования с учетом условий бетонирования и твердения.

Предел прочности на сжатие, МПа

Рис. 7 - Зависимость самонапряжения от предела прочности на сжатие:

1 - данные при выдерживании на воздухе;

2 - данные при выдерживании в воде; Т - по Несветаеву Г.В., Хомичу Л.А.;

Т1 - по Пособию к СНиП 2.03.01-84;

Т2 - по Кузнецовой Т.В.

Поскольку в стесненных условиях бетонирования единственным возможным способом контроля в ряде случаев может оказаться только ультразвуковой, выявлена возможность применения универсальных фадуировочных зависимостей по ГОСТ 17624-2012 для контроля прочности. В связи с тем, что модуль упругости бетона пропорционален квадрату скорости ультразвука, а связь между модулем и пределом прочности нелинейная, закономерно выявлен нелинейный характер зависимости предела прочности на сжатие бетона с двухстадийным

расширением Я от скорости распространения ультразвука при сквозном про-звучивании V (рис. 8):

И = 0,351*ехр(1,211*У) (7)

Рис. 8 - Зависимость предела прочности на сжатие от скорости УЗИ: 1,2 — данные автора; Т1 — данные Несветаев Г.В., Коллеганов A.B., Ивлев JI.H. для мелкозернистых бетонов; Т2 - данные Несветаев Г.В., Коллеганов A.B., Ивлев JI.H. по ТБ;

ТЗ - до В35 по ГОСТ 17624

Изучено влияние условий твердения на предел прочности на сжатие для бетонов с двухстадийным расширением. При выдерживании на воздухе 28 сут при температуре 5 °С отмечается в проектном возрасте снижение прочности до 50% относительно нормальных условий, а при температуре 35 °С — до 14%. При водном выдерживании вследствие интенсивного расширения на второй стадии отмечается снижение прочности до 33% в проектном возрасте. Полученные зависимости позволяют проектировать состав бетона на требуемую прочность в проектном возрасте с учетом условий его твердения. Изменение прочности от температурных условий согласуется с изменением пористости. При выдерживании на воздухе 28 сут при температуре 5 °С отмечается увеличение полной пористости до 7,5% в проектном возрасте, открытой до 23% и снижение условно-закрытой пористости до 60% относительно нормальных условий. При температуре 35 °С полная пористость увеличивается до 18,5%, открытая до 13,5%, условно-закрытая до 40%. При водном выдерживании вследствие интенсивного

расширения на второй стадии полная пористость возрастает до 11 %, открытая до 13%.

Уточнено соотношение предела прочности на осевое растяжение от предела прочности на сжатие Я (рис. 9) для бетонов с двухстадийным расширением с учетом условий твердения:

9 19 29 39 49

Предел прочности на сжатие, МПа

Рис. 9 - Зависимость предела прочности на растяжение от предела прочности на сжатие:

1 - данные автора;

2 - данные при водном выдерживании;

Т - по ф. = 0, 29 • Я0 6

= а * Яь (8)

где а = 0,58 при выдерживании на воздухе и 0,61 при выдерживании в воде, Ь = 0,49, на основании которой сделан вывод о том, что для бетонов с двухстадийным расширением значение соотношения прочностей на растяжение и сжатие повышается до 73% относительно обычных бетонов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Развиты научные представления об основных закономерностях формирования структуры и свойств цементного камня НЦ в сочетании с комплексной добавкой НТФ+СП+ГД, уточнены зависимости «состав-технология-структура-свойства» и разработаны основные положения проектирования составов бетонов для инъектирования с двухстадийным расширением.

2. Регулированием содержания РД в составе вяжущего в пределах от 13,2 до 33,8%, количества БОз в пределах от 4,7 до 9,6% и соотношения АЬОзЛОз в пределах от 1,01 до 1,58, а также дисперсности компонентов РД можно управлять собственными свободными деформациями расширения вяжущего при твердении в пределах от 0,5 до 83 (мм/м), при этом увеличение содержания РД от 18,4 до 24,4% в составе вяжущего повышает предел прочности цементного камня при изгибе до 80%.

3. Введение НТФ от 0,1 до 0,225% в состав НЦ с РД от 20,4 до 27,7% интенсифицирует рост собственных свободных деформаций расширения от 33,5 до 100% в возрасте 28 суток и повышает предел прочности при изгибе до 1,8 раза вследствие положительного влияния НТФ на согласованность кинетики собственных деформаций и прочности цементного камня.

4. РД снижает водоредуцирующую эффективность СП, что требует увеличения дозировки от 50% (СП ОЗО) до 200% (СП в51) для получения равнопо-движных смесей. Наиболее эффективными из исследованных СП для НЦ являются вЗО и М2641.

5. Комплексная добавка СП+НТФ+РД интенсифицирует процесс тепловыделения в ранний период: уменьшается до 31,6% продолжительность первого периода и увеличивается тепловыделение в первом периоде до 18 (!) раз, уменьшается продолжительность индукционного периода до 50%, увеличивает ОК до 54%, уменьшает КУ до 80%, увеличивает КП до 60%, при этом результат не является суммой вкладов каждой из составляющих комплексной добавки.

6. Увеличение количества ГД от 0,13 до 0,44% от массы Ц, при дозировке СП от 0,14 до 0,86%, в зависимости от модуля крупности заполнителя в пределах от 1,2 до 2,8 при соотношении П/Ц от 0 до 2,4, величины В/Ц от 0,37 до 0,42 обеспечивает рост коэффициента эффективности газовыделения от 39,4 до 311%, что сопровождается увеличением объема на первом этапе расширения мелкозернистой бетонной смеси от 6 до 64%.

7. Получена зависимость самонапряжения бетона с двухстадийным расширением от его предела прочности на сжатие Я, энергетической активности цемента Брс и условий твердения (воздушные к = 1, водные к = 2) в виде = к ■ (0,4 * ¿п(Я) - 0,85) • 5рс.

8. Выявлен нелинейный характер зависимости предела прочности на сжатие Я бетона с двухстадийным расширением от скорости распространения ультразвука при сквозном прозвучивании V: Я = 0,351 * ехр(1,211 * V), уточнена зависимость соотношения предела прочности на растяжение Л, от предела прочности на сжатие Я для бетонов с двухстадийным расширением с учетом условий твердения: = а * Яй (на воздухе а = 0,58, в воде - 0,61; Ь = 0,49), на основании которой сделан вывод о том, что для бетонов с двухстадийным расширением прочность на растяжение до 73% превышает этот показатель для порт-ландцементных бетонов.

9. При выдерживании на воздухе при температуре 5 °С отмечается снижение прочности до 50% при увеличении полной пористости до 7,5% в 28 сут относительно нормальных условий, а при температуре 35 °С - до 14% при увеличении полной пористости до 18,5%. При водном выдерживании без ограничения деформаций расширения на второй стадии отмечается снижение прочности до 33% при увеличении полной пористости до 11%. За два месяца после проявления деформаций расширения на второй стадии происходит самозалечивание возникших при этом дефектов при увеличении объема на второй стадии расширения до 7%.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Потапова Ю.И. Составы для шгьектирования с двустадийным расширением [Электронный ресурс] / Несветаев Г.В., Потапова Ю.И. // Науковедение. -2013. - №3. Режим доступа: http://naukovedenie.ru/, свободный. - Загл. с экрана.

2. Потапова Ю.И. Управление собственными деформациями цементного камня изменением состава и количества расширяющей добавки /Несветаев Г.В., Потапова Ю.И.// Научное обозрение. - 2013. - №11. - С.46-49.

3. Потапова Ю.И. О влиянии суперпластификаторов на пористость цементного камня /Несветаев Г.В., Корчагин И.В., Потапова Ю.И.// Научное обозрение. - 2014. - №7. - С. 837-841.

4. Потапова Ю.И. О контракции портландцемента в присутствии суперпластификатора /Несветаев Г.В., Корчагин И.В., Потапова Ю.И. // Научное обозрение. - 2014. - №7. - С. 842-846.

5. Потапова Ю.И. О тепловыделении портландцемента в присутствии суперпластификаторов /Несветаев Г.В., Корчагин И.В., Потапова Ю.И.// Научное обозрение. - 2014. - №8. - С. 907-913.

Патент РФ на изобретение:

6. Потапова Ю.И. Патент на изобретение РФ № 2536893 (Ш-)). Бетонная смесь/Несветаев Г.В., Потапова Ю.И..-Опубл. 27.12.2014, Бюл. № 36.

Статьи и доклады в других научных изданиях:

7. Потапова Ю.И. Прочность составов для инъектирования с двустадийным расширением // «Наука, техника и технология XXI века (НТТ - 2013)»: Материалы Международной научно-технической конференции - Нальчик: Каб.-Балк. гос. ун-т им. Х.М. Бербекова, 2013. - С. 262-265.

8. Потапова Ю.И. Свойства составов для инъектирования с двустадийным расширением // «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и

образовании»: сборник тезисов Международной научной конференции; М-во образования и науки Росс. Федерации, ФГБОУ ВПО «Моск. гос. строит, ун-т». Москва: МГСУ, 2013. - С.292-293.

9. Потапова Ю.И. Уточнение закономерностей расширения сульфоапюми-натных вяжущих в зависимости от вида и количества расширяющей добавки // «IV Международный семинар-конкурс молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей»: сборник докладов.

— СПб.: Издательство «АлитИнформ», 2013. — С. 106-110

10. Потапова Ю.И. Некоторые факторы, влияющие на собственные деформации бетонов с двустадийным расширением // «Строительство-2013»: материалы Международной научно-практической конференции. — Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2013.-С.143-145.

11. Потапова Ю.И. Оптимизация состава бетонов для инъектирования с двустадийным расширением // «Строительство-2014»: материалы Международной научно-практической конференции. - Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2014.

- С.137-138.

12. Потапова Ю.И. Факторы, влияющие на предел прочности составов для инъектирования с двустадийным расширением // «Высокотехнологичные и энергоэффективные технологии и материалы в строительстве»: материалы Всероссийской научно-технической конференции. - Махачкала: ДГТУ, 2014. - С. 265-271.

Подписано в печать 16.03.15. Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Формат 60x84/16. Объем 1.0 уч.-изд.-я. Заказ № 3779. Тираж 120 экз. Отпечатано в КМЦ «КОПИЦЕНТР» 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Суворова, 19, тел. 247-34-88