автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Мелкозернистый самоуплотняющийся бетон с комплексной наносодержащей добавкой

На правах рукописи

Дятлов Алексей Константинович

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ САМОУПЛОТНЯЮЩИЙСЯ БЕТОН С КОМПЛЕКСНОЙ НАНОСОДЕРЖАЩЕЙ ДОБАВКОЙ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 НОЯ 2013

Москва, 2013

005541383

005541383

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Харченко Игорь Яковлевич

Официальные оппоненты: Соловьев Виталий Николаевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», кафедра «Строительство ядерных установок», профессор

Краснов Михаил Валерьевич кандидат технических наук, ЗАО «Международные Строительные Системы», главный технолог

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет», г. Тверь

Защита состоится «16» декабря 2013 года в 16 часов на заседании дис сертационного совета Д 212.138.02, созданном на базе ФГБОУ ВПО «Мое ковский государственный строительный университет», по адресу: 129337, г Москва, Ярославское ш., д.26 в ауд. № 9 «Открытая сеть»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Мое ковский государственный строительный университет».

Автореферат разослан « М » наио^Х 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Общая характеристика работы

Актуальность.

В настоящее время накоплен положительный опыт применения мелкозернистого бетона в монолитном домостроении для жилищного и гражданского строительства с классом по прочности не выше В25...В30. При этом, производство мелкозернистого бетона требует повышенного расхода цемента, что вызывает удорожание бетона и железобетонных конструкций, а твердение сопровождается развитием усадочных деформаций вследствие отсутствия крупного заполнителя, что отрицательно сказывается на его трещино-стойкости и долговечности. Все это является сдерживающим фактором более широкого применения мелкозернистого бетона в строительной практике.

Решение задачи повышения эффективности мелкозернистых бетонов и более широкого применения их в строительстве может быть достигнуто путем использования комплексной наносодержащей добавки с оптимально подобранным зерновым и минеральным составом.

Работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 20092013гг.

Цель работы.

Целью диссертации является разработка мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой и высокими эксплуатационными характеристиками.

Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- обосновать возможность получения комплексной наносодержащей добавки с оптимально подобранным зерновым и минеральным составом;

- определить влияние минерального и гранулометрического состава микронаполнителей на структуру и свойства мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой;

- разработать рекомендации по проектированию состава мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой;

- провести опытно-производственную апробацию результатов исследования.

Научная новизна.

Обоснована возможность получения модифицированного мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой на основе портландцемента с применением микронаполнителя типа "Мик-родур Я-Х", содержащего до 20% зерен с наноразмерами <1мкм, и тонкодисперсной карбонатной муки (2,1-бмкм), способствующей повышению степени гидратации вяжущего за счет аккумулирования воды, увеличению объема цементного геля и снижению капиллярной пористости.

Модифицированное вяжущее с комплексной наносодержащей добавкой оптимального зернового состава имеет пониженную водопотребность вяжущего на 10-25% и повышенную на 30-50% подвижность.

Установлено, что наиболее эффективной добавкой является смесь тонкомолотой карбонатной муки различной дисперсности со средним радиусом 2,1-3,3 мкм и «Микродур R-X» в соотношении 30% : 70%.

Показано что введение в состав ПЦ500 до 40% тонкодисперсной карбонатной муки удельная поверхность модифицированного вяжущего повышается на 236% (от 355 м2/кг до 887 м2/кг).

Установлено, что при введении в вяжущее комплексной наносодержащей добавки, содержащей 10% микродура и 30% карбонатной муки или их смеси, приводит к снижению количества сидементационной воды более, чем в 2 раза, увеличению вязкости с 1,2 Па.с до 1,4 Па.с и границе текучести с 9 Па до ЮПа.

Показано, что мелкозернистый бетон на модифицированном вяжущем оптимального состава имеет на 10-30% пониженный объем капиллярных пор.

Показано, что мелкозернистый бетон на модифицированном вяжущем оптимального состава имеет прочность через сутки до 40% от марочной.

Результат ДТА показал, что на термограмме наблюдается значительный эндотермический эффект с максимумом при 120°С, обусловленный потерей слабосвязанной воды продуктами новообразований (преимущественно этгрингит) и повышенную степень гидратации вяжущего.

Идентификация продуктов гидратации, образовавшихся при твердении КВ выполнена с применением рентгенофазового анализа. Рентгенограмма образца подтверждает преимущественно аморфный характер C-S-H-фаз.

Практическая значимость.

Разработан оптимальный состав модифицированного вяжущего с комплексной наносодержащей добавкой, включающей портландцемент и 40% микронаполнителя, который состоит из 70% микродура и 30% тонкодисперсной карбонатной муки с максимальным размером зерен до 6 мкм.

Получен мелкозернистый самоуплотняющийся бетона с комплексной наносодержащей добавкой, имеющий класс В30-В50 и выше, водонепроницаемость W12 и морозостойкость F300.

Разработаны рекомендации по проектированию состава мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой с классом по прочности В30-В50.

Внедрение результатов исследований.

По разработанной технологии приготовления, укладки и ухода за твердеющим мелкозернистым самоуплотняющимся бетоном выполнено строительство завода по производству препаратов крови в г. Кирове. Общий объем приготовленного и уложенного в опалубку бетона класса В30-В50 на основе мелкозернистого самоуплотняющегося бетона на модифицированном вяжущем составил 17 450 м3, что позволило на 20% сократить производственные затраты по строительству зданий и сооружений за счёт сокращения сроков

производства работ и экономии материально-технических и трудовых ресурсов. Общий экономический эффект от внедрения результатов работы составил 22,58 млн. руб.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались на шестой международной и восьмой всероссийской научно-практической конференции «Социогуманитарные проблемы строительного комплекса» Москва 20 Юг, на конгрессе Строительная наука, техника и технологии: перспективы и пути развития, секции «Инновации в строительной отрасли», Крокус-Экспо 02.11.2010г., а также на международной конференции «1ВАиБ1Ь» (г. Веймар, Германия) в 2012г.

Основное содержание диссертации опубликовано в 6 научных работах, из них 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

На защиту выносятся:

- обоснование выбора наиболее эффективных микронаполнителей для получения мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой;

- основные зависимости влияния минерального и гранулометрического состава микронаполнителей на структуру и свойства модифицированного вяжущего для мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой;

- обоснование возможности получения мелкозернистых самоуплотняющихся бетонов с комплексной наносодержащей добавкой класса В30-В50 на песках с разным модулем крупности 0,9-2,4Мк;

- рекомендации по проектированию состава мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой;

-результаты опытно-производственной апробации выполненных исследований.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, общих выводов, библиографического списка, использованной литературы и приложений. Общий объем работы составляет 182 страниц, в том числе 155 страницы основного текста, содержащего 23 таблицы, 104 рисунка и 28 страниц приложений. Список использованных источников содержит 139 наименований.

Содержание работы

Конструктивные формы современных железобетонных элементов зданий и сооружений становятся все более сложными и необычными, что требует применения новых эффективных технологий приготовления и укладки бетонных смесей. В настоящее время как в России, так и за рубежом, разрабатываются и внедряются различные технологические мероприятия, направленные на сокращение затрат при возведении монолитных железобетонных конструкций, среди которых особое место уделяется качественному уплот-

нению бетонных смесей. Одним из эффективных способов повышения качества строительства является применение самоуплотняющихся бетонных смесей, которые уплотняются под действием собственного веса. Рецептура самоуплотняющегося бетона отличается не только необходимостью применения высокоэффективных пластифицирующих добавок нового поколения, но и требует применения минеральных микронаполнителей, оптимизированных по дисперсности, гранулометрическому и минеральному составу.

В диссертации была сформулирована рабочая гипотеза.

Решением задачи более широкого применения в строительстве мелкозернистого бетона, особенно для регионов с ограниченными или полностью отсутствующими природными ресурсами крупного заполнителя, может стать разработка технологии получения модифицированных вяжущих с комплексной наносодержащей добавкой, имеющими оптимально подобранный гранулометрический и минеральный состав, а также использование высокоэффективных разжижителей для получения самоуплотняющихся смесей.

Для регулирования гидравлической активности наполнителей можно использовать тонкодисперсный микронаполнитель типа «Микродур 11-Х», получаемый путем воздушной сепарацией предварительно размолотых компонентов в виде клинкерной составляющей и доменного шлака. Содержание клинкерной части в них может составлять 5-10% с размером зерен от 0,2 до 6 мкм.

Для регулирования компактной зерновой структуры наполнителя может быть использована карбонатная мука различной дисперсности.

При взаимодействии с водой клинкерные частицы практически полностью гидратируют с образованием коллоидных растворов с размером частиц 1-ЮОнм. Они имеют высокий уровень поверхностной энергии и служат центрами кристаллизации вяжущих.

Наличие в наполнителе тонкодисперсного шлака с размером частиц от 0,2 до 6 мкм способствует повышению плотности упаковки частиц. Введение в наполнитель тонкомолотой карбонатной муки различной дисперсности приводит к формированию максимально компактной зерновой структуры модифицированного вяжущего с комплексной наносодержащей добавкой.

Введение оптимально подобранного по дисперсности и гранулометрическому составу наполнителя в состав модифицированного вяжущего в количестве 10-40% обеспечивает вытеснение свободной воды из межзернового пространства, снижение водопотребности модифицированного вяжущего при сохранении высокой удобоукладываемости и связанности бетонной смеси при использовании высокоэффективных пластификаторов.

Применение модифицированного вяжущего с комплексной наносодержащей добавкой, имеющего оптимально подобранный гранулометрический состав и гидравлическую активность, а также использование пластификаторов, способствует не только физическому заполнению межзернового пространства базового вяжущего, но и повышению плотности и качества кон-

тактной зоны с заполнителем, и ускоренному набору прочности МЗБ в результате дополнительного образования продуктов гидратации.

Для доказательства высказанных положений были проведены комплексные исследования, в которых использовали пески следующих видов:

- песок карьерный Мансуровского карьера с модулем крупности Мк=2,43, с фракцией более 5мм - 0%, содержанием пылевидных частиц -5,3%, и средней плотностью зерен - 1,61 г/см .

- песок речной Северный речной порт с модулем крупности Мк=1,9, с фракцией более 5мм - 0%, содержанием пылевидных частиц - 4,7%, и средней плотностью зерен - 1,48 г/см3.

- песок кварцевый намывной с модулем крупности Мк=0,98, с фракцией более 5мм - 0%, содержанием пылевидных частиц - 4,8%, и средней плотностью зерен — 1,80 г/см3.

В качестве базовых портландцементов для получения модифицированных вяжущих, использовались следующие цементы:

-портландцемент томпонажный низкоалюминатный Сухоложского цементного завода ПЦТ-1-0-СС-1, аналог М500 ДО, с нормальной густотой 26,2%. Содержание С3А =2,4% Время загустевания 116мин. Тонкость помола 375 м2/кг. Соответствует ГОСТ 1581-96

-портландцемент Серебряковского цементного завода, аналог М400 ДО, с нормальной густотой 27,4%. Содержание С3А =5,2% Время загустевания 52мин.

Свойства цементов представлены в таблице 1, химический состав клинкера в таблице 2, минералогический состав в таблице 3

Таблица 1.

Характеристики используемых цементов__

№ п/п Наименование цементов Активность, МПа Сроки схватывания, ч. мин. Удельная поверхность, м2/кг Нормальная густота, %

начало конец

1 Сухоложский 46,8 2ч.40мин 4ч.36мин. 375 26,2

2 Серебряковский 35,0 2ч. 20мин. Зч 12 мин. 275 27,4

Таблица.2.

Химический состав клинкера _

№ п/ п Наименование цементов Содержание оксидов, % ппп

8Ю2 СаО А1203 Ре203 МБО Ыа20 К20 803 и2о

1 Сухоложский 20,80 53.0 2,4 4,35 2,0 0,35 0,54 0,9 0,89 0,79

2 Серебряковский 21,12 64,2 5,79 4,47 2,03 0,33 0,97 0,24 0,97 0,63

Таблица 3.

Минералогический состав клинкера_

№ п/п Наименование Содержание основных минералов, %

цементов c3s C2S Сза C4AF

1 Сухоложский 53,0 16,4 2,4 16,6

2 Сеоебояковский 55.4 17.2 5.2 12.5

В качестве пластифицирующей добавки использовался гиперпластификатор «81ка У1зсоСге1е 225» на основе поликарбоксилатов.

В качестве расширяющейся добавки использовался 11Ьеотас вР 320.

В качестве наносодержащей добавки использовался микронаполнитель «Микродур Я-Х» (МНг) - микронаполнитель с выраженной гидравлической активностью.

По гранулометрическому составу тонкодисперсное вяжущее (ТДВ) Микродур подразделяется на 3 основные марки, по которым определенный максимальный размер частиц не должен превышать весовой процент (195. (Табл. 4)

Таблица 4

Весовой процент d95 Содержание частиц <1мкм, % Удельная поверхность, см2 /гр Марки ОТДВ Микродур

d95 < 6 мкм 20 22000 R-X

d95 < 9,5 мкм 18 16000 R-U

d95 < 16 мкм 16 12000 R-F

В качестве наполнителя использовалась тонкомолотая карбонатная мука 01 с удельной поверхностью равной микронаполнителю типа «Микродур 11-Х», а также карбонатная мука грубого помола <32 с дисперсностью, равной дисперсности базового цемента. (Табл. 5)

Таблица 5

Характеристика Q1 Q2

Углекислый кальций, % по массе, не менее 95,00 94,00

Углекислый магний, % по массе, не более 1,7 1,8

Оксиды фосфора, % по массе, не более 1,94 2,04

Полуторные оксиды железа, % по массе, не более 1,87 1,79

Глинистые, % по массе, не более 0,35 0,37

Остаток на сите с сеткой, не более

№ 02 (200 мкм) - -

№ 014 (140 мкм) - -

№ 008 (80 мкм) 0,5 4

№ 005 (50 мкм) 1 11

Содержание частиц <1мкм, % 20 2

Влажность, %, не более 0,2 0,2

Насыпной вес, кг/м"* 1580 1380

Таким образом, оптимальное использование микронаполнителей, наряду с применением высокоэффективных гиперпластификаторов, является главной предпосылкой для получения высокоэффективных самоуплотняющихся МЗБ.

Для получения самоуплотняющегося бетона, использовалось многокомпонентное модифицированное вяжущее, микроструктура которого состояла из зёрен базового портландцемента, минеральных наполнителей с различной дисперсностью и гидравлической активностью, воды, межзерновых пустот и воздушных пор. Гранулометрический состав всех применяемых в экспериментальных исследованиях компонентов КВ определялся с помощью лазерного гранулометра типа М^егагег 3000. При этом установлено, что средний диаметр зёрен цемента ПЦ400 (с150) является 27мкм, что практически в 2 раза крупнее цемента ГЩ500 с радиусом (с150) 14 мкм. (Рис.1)

Рис. 1: Гранулометрический состав применяемых материалов: С>1 — тонкодисперсная карбонатная мука, (}2 - карбонатная мука грубого помола, МНг - микронаполнитель с гидравлической активностью.

Карбонатная мука С?2 имеет средний радиус (с!50) бмкм, и рассматривалась, как условно инертный наполнитель с дисперсностью, равной базовому цементу. Микродисперсные наполнители, со средним диаметром (с150) между 2,1-3,Змкм, такие как карбонатная мука (¿1 и микронаполнитель «К-Х», которые в 8-13 раз были тоньше, чем цемент ПЦ400 и в 4-7 раз тоньше, чем цемент ПЦ500, применялись в качестве микронаполнителей, которые размещаются в межзерновом пространстве базового портландцемента и обладают повышенной гидравлической активностью. (Рис. 1) Удельная поверхность смеси цемента с микронаполнителями определялась расчетным путем и экспериментально. При этом за основу принималась удельная поверхность исходных компонентов. При введении добавок 01, (}2 и микронаполнителя «11-Х» существенно изменяется расчетная удельная поверхность смеси базовых цементов ПЦ400 и ПЦ500.

При ведении в состав базового цемента ПЦ500 тонко дисперсной карбонатной муки С>1 или микронаполнителя «11-Х», наблюдается существенное повышение удельной поверхности (Рис. 2).

0.1 1 10 100 1000 Диаметр -зерен, мкм

Рис.2. Изменение расчётной удельной поверхности КВ при введении в состав базового портландцемента ПЦ500 микронаполнителей.

Оптимальная

0 10 20 30 40 50 ПЛОТНОСТЬ упаковки, Количество мккронаполшгши. %

обеспечивающая минимальную межзерновую пустотность КВ, определяется суммарным количество применяемых компонентов не превышающим 40%. При этом установлено, что пустотность существенно снижается при применении смесей с различным грансоставом путем введения хорошо диспергированных тонкодисперсных компонентов. Это позволяет не только обеспечить необходимую плотность упаковки в структуре цементного камня, но также существенно улучшить качество контактной зоны заполнителей с вяжущим.

Водопотребность цементного теста характеризует количество воды, необходимое для получения теста нормальной густоты, в котором все частицы вяжущего равномерно смочены, а межзерновые пустоты заполнены водой. Часть воды, которая сразу после затворения переходит в состояние химически связанной в составе продуктов гидратации, является незначительной и в расчётах не учитывается. Водопотребность определяется в %, как объём воды по отношению к 100%-ному объёму модифицированного вяжущего.

При замене части цемента высоко дисперсной карбонатной мукой Q1, удельная поверхность КВ значительно увеличивается. При введении в состав базового цемента 30% микронаполнителя, удельная поверхность увеличивается от 2750 см2/гр до 12900 см2/г, то есть, в 4,7 раза.

Как видно из рисунка 3, при ведении в состав КВ до 30% объема тонкодисперсного микронаполнителя Q1, водопотребность вяжущего практически не изменяется. Это можно отнести за счет эффекта заполнения межзерновых пустот базового портландцемента высокодисперсной карбонатной мукой. Поскольку из объёма межзерновых пустот базового цемента, при замещении зёрнами тонкодисперсного микронаполнителя, вытесняется межзерновая свободная вода, то при определении нормальной густоты, требуемое количество воды, несмотря на увеличивающуюся удельную поверхность, остается постоянным. При этом, было установлено, что степень упаковки КВ существенно выше, чем у базового цемента.

Важным технологическим параметром самоуплотняющихся бетонных смесей, является их связанность, обеспечивающая однородность и нерассла-иваемость смесей в процессе их транспортирования и укладки в опалубку.

ю

Рис. 3: Влияние расхода микронаполнителя Рис. 4: Влияние состава КВ на кинетику

тонкого помола (31 на водопотребность и седиментации цементного теста:

удельную поверхность КВ на базе ПЦ400: 0 , -о- (базовый цемент ПЦ500 +

-О- водопотребность ПЦ400+ <31, наполнитель тонкого помола <31);

-•- водопотребность ПЦ400+ МНг -■- базовый цемент ПЦ500+МНг -а- график удельной поверхности.

Связанность бетонных смесей в значительной степени определяется седиментационной устойчивостью применяемых вяжущих, С целью определения седиментационной устойчивости КВ исследовалось влияние степени заполнения межзерновых пустот базового портландцемента микронаполнителем. При этом установлено, что период до 15 минут после затворения, наблюдается снижение водоотделения с повышением удельной поверхности КВ. Также экспериментально установлено, что эффект от введения микронаполнителя существенно усиливается при введении в состав базового портландцемента не менее 15% микронаполнителя МНг. При этом, в период до 120 мин седиментация практически отсутствует (Рис.4)

На плотность и прочность структуры затвердевшего цементного камня значительное влияние оказывает степень заполнения объёма межзерновых пустот базового портландцемента продуктами гидратации. Исследование по-ровой структуры КВ с различными микронаполнителями, выполненное с применением метода ртутной порометрии, позволило установить, что гелевая часть пор увеличивается пропорционально увеличению доли гидравлически активного микронаполнителя МНг. При введении в состав КВ смеси микронаполнителя «11-Х» с тонкодисперсной карбонатной, а также чистой тонкодисперсной карбонатной муки, объём гелевых пор остается практически таким же, как и при введении микронаполнителя. Это позволяет сделать вывод о том, что микропористая структура КВ определяется главным образом его дисперсностью. Для КВ с микронаполнителем в виде карбонатной муки грубого помола соизмеримой с дисперсностью базового цемента, структура пор остается практически неизменной.

Применение высокоподвижных и самоуплотняющихся бетонных смесей предполагает использование высокоэффективных гиперпластификаторов (разжижителей), которые в подавляющем большинстве имеют поликар-боксилатную основу. На основании предварительно теоретического и эксле-

риментального анализа установлено, эффективность проявления их свойств, как разжижителей бетонных смесей, в значительной степени зависит от химико-минералогического состава применяемых цементов. При этом, определяющим фактором является содержание в составе портландцементного клинкера трёхкальциевого алюмината С3А. С целью исследования влияния С3А на разжижающий эффект гиперпластификаторов на поликарбоксилатной основе разных производителей, приготавливались КВ на основе базовых портланд-цементов с различным содержанием С3А: низкоалюминатные, с содержанием С3А 2,7%, среднеалюминатные с содержанием С3А 4,2%, и высокоалюми-натные с содержанием С3А 5,7%. При этом, содержание С3А регулировалось путём введения в состав низкоалюминатного базового портландцемента синтезированного С3А с соответствующей корректировкой содержания сульфата кальция.

В результате экспериментальных исследований установлено, что поли-карбоксилатные гиперпластификаторы показывают значительное снижение эффективности при повышении концентрации алюмината кальция (С3А) в составе КВ. (Рис. 5)

Существенное снижение разжижающего эффекта наблюдает пропорционально увеличению содержания С3А в составе базового цемента. При этом, редуцирующий эффект содержания С3А проявляется в случаях с содержанием гиперпластификатора не менее 0,1% от массы вяжущего. В результате экспериментальных исследований установлено, что для СУ МЗБ предпочтительным является применение КВ с низкоалюминатным базовым портландцементом и минеральными наполнителями «Я-Х» в смеси с карбонатной мукой, в которых влияние ГП проявляется более эффективно.

Экспериментально установлено, что при введении микронаполнителей в состав цемента, за счет замещения свободной воды в межзерновом пространстве, наблюдается снижение водопотребности практически для всех микронаполнителей, не зависимо от их гидравлической активности. (Рис.6) В зависимости от дисперсности микронаполнителя, его количество в составе КВ изменялось в диапазоне от 6 до 70%.

Рис.5 Влияние С3А на эффективность поликарбоксилатных гиперпластификаторов разны производителей.

ПЦ500-Б|кл 2*5<0 г,

ГЩ500+МНШ4Х 16-11 V

ПЦ5(ХНМиИЬх И'Л Г

ПЦ500- Ми!1Ьч I"Л Г

К)

пц500+ака ПЦ500+К1кз 115(11.10'« 1II 1500+Б!к-а 125(1! I

Содержание алюмината кальция (СЗА), %

При этом, максимальное снижение водопотребности КВ наблюдалось при введении микронаполнителя в виде смеси микронаполнителя «11-Х» с карбонатной мукой с максимальным диаметром зёрен не превышающим соответственно 6 мкм. Увеличение доли микронаполнителя в составе КВ до 30% вызывает некоторое снижение водопотребности КВ, а при дальнейшем увеличении наблюдается повышение водопотребности пропорционально увеличению доли микронаполнителя в составе КВ. Этот эффект можно объяснить дополнительной раздвижкой зёрен базового цемента в связи с избыточным содержанием в составе КВ микронаполнителя, не способного разместиться в межзерновых пустотах базового цемента.

6 11 16 6 11 16 о

Количество микронаполиителх, % ^ в ПЦ500 ' 1 ■ 1Щ50СН-!1-Р ¡6«) 3 • 1Щ50СН-К-Х (¡В%) 3 ■ ЦЦМ)0-Р-и + 01 2 ■ ПЦ50О+Л-и(и%) 4 ■ 1Щ500+В-Р-Кзиб%) 6 Я ПЦИХНВ-Х + УШСХ)

26.5% 26.0%

й 25,5% £

£ 25,0% £

£ 24,5%

I

£ 24,0% 25.5%

0

10 20 Микронапслнигель, %

1Щ500+-Я-Р -»-2- ПЦ500Ш-и пц5оот-к 1- ПЦбОО+й.р + О!

-•-6- ПЦ500+1!-Х 'О! -4-7- ПЦ500

Рис. 6 Влияние расхода микронаполнителя на водопотребность модифицированного вяжущего

Рис.7 Влияние микронаполнителя в составе вяжущего на подвижность смеси при В/В=0,37 Мк=2,4

При введение в состав композиционного вяжущего микронаполнителей «Я-и» и «К-Б» как в чистом виде, так и в комбинации с тонкодисперсной карбонатной мукой, является менее эффективным, по сравнению с микронаполнителем «II-X». Это можно объяснить тем, что в составе микронаполнителя «И-Х» содержится не менее 50% зёрен, способных размещаться в межзерновых пустотах базового портландцемента. В этой связи, КВ с микронаполнителями типа «Я-Х» и особенно в комбинации с карбонатной мукой, обладают пониженной водопотребностью.

Экспериментально подтверждено увеличение подвижности смеси на 28% при введении микронаполнителей в состав модифицированного вяжущего на примере мелкозернистого бетона. (Рис. 7)

Мелкозернистый бетон на модифицированном вяжущем имеет большую подвижность на 28% за счет высвобождения свободной воды из межзернового пространства. При этом максимальную подвижность имеет мелкозернистый бетон с микронаполнителем МНг+01, где МНг=70%, а тонко дисперсная карбонатная мука <31=30% от общего количества введенного микронаполнителя, что объясняется его наибольшей способностью заполнять межзерновое пространство с высвобождением максимального количества свободной воды. (Рис.8)

Рис.8 Инертный микронаполнитель в поровой структуре СУ-МЗБ

Вводя в состав цемента гидравлически активные тонкодисперсные минеральные порошки, дополнительно, к физическому эффекту заполнения межзерновых пустот базового цемента, проявляется и их способность к образованию гидра-тационных продуктов, которые являются дополнительными структурообразующими элементами, связывающими не только свободную межзерновую воду, но и воду, адсорбированную на поверхности зёрен минеральных наполнителей. В этой связи, естественно, понижается общая пористость, а так же существенно повышается качество контактной зоны вяжущего и заполнителей.

Исследование влияния модифицированного вяжущего на процессы гидратации цементного камня, проводилось на образцах, изготовленных из цементного теста нормальной густоты, а также из цемента и микронаполнителя МНг, твердевших в нормальных условиях в течение 28 суток.

Рис. 9: Дифференциально-термический анализ КВ, содержащего 16% микронаполнителя МНг

На термограмме наблюдается значительный эндотермический эффект с максимумом при 120°С, обусловленный потерей слабосвязанной воды продуктами новообразований (преимущественно эттрингит). При 430-500°С наблюдается потеря межслоевой воды гидросиликатами кальция, а при 640-770°С наблюдается разложение ]У^СОЗ и СаСОЗ. Два наиболее выраженных эндотермических эффекта с максимумами при 440°С и 700°С практически сопровождаются изменениями массы образца, так как отражают процессы кристаллизации. Экзотермический пик 340°С характеризует переход аморфного железа в кристаллическую фазу. (Рис 9)

Идентификация продуктов гидратации, образовавшихся при твердении КВ выполнена с применением рентгенофазового анализа. Рентгенограмма образца подтверждает преимущественно аморфный характер С-8-Н-фаз (рис.10.), которые имеют малую интенсивность (пики с1/п=10,141; 1,819 Ао). Пики с!/п=3,847; 3,034; 2,285; 2,095; 1,929 Ао свидетельствуют о наличии

кальцита, а рефлексы с1/п=4,918; 2,631; 1,795; 1,689 принадлежат портланди-

Рис. 10: Рентгено-фазовый анализ образования продуктов гидратации КВ.

При совмещении гидравлической активности с физическим эффектом, проявляющемся в заполнении пустот межзернового пространства базового цемента, с целью сохранения достаточного щелочного потенциала при нормировании цементного эквивалента лимитируется максимально допустимое содержание гидравлически активного наполнителя не более 3033% от содержания цемента.

Как известно, мелкозернистые бетоны отличаются повышенной межзерновой пустотностью, отсутствием жесткого каркаса, повышенной пористостью, ползучестью. Отсутствие крупного заполнителя приводит к значительным усадкам мелкозернистого бетона. Эффективным способом предотвращения усадки является использование расширяющихся добавок типа Яе-отас СБ320. Твердение вяжущего, содержащего такие расширяющие композиции, сопровождается двумя процессами: с одной стороны это химическая усадка, как неотъемлемая часть процесса гидратации цемента, с другой стороны - химическое расширение в результате образования эттрингита. Исследования проводились на мелкозернистых бетонах класса по прочности В50 с подвижностью П5, соответствующих прочности при сжатии 67,6 МПа. Бетонные смеси изготавливались с водоцементным отношением В/Ц=0,43 и при В/В отношении В/(КВ) = 0,38. Полученная подвижность бетонной смеси составила 26,5см расплыв конуса, средняя плотность свежеуложенной бетонной смеси 2155 кг/мЗ. Для исследования свойств бетона изготавливались образцы-кубы размером 10x10x10 см. Рецептура и результаты испытаний СУ МЗБ представлены в табл.6,7

Усадка определялась на образцах 4x4x16 см на приборе ИЗВ-1 при влажности окружающей среды 60-80% и температуре 17-2ГС. Измерения производились в течение 50 суток до стабилизации деформаций. При этом максимальная относительная усадка образцов с использованием комплексной добавки составила 1,3x10-3 , в то время как контрольных - 2,0x10-3

В связи с повышенными требованиями к качеству возводимых железобетонных конструкций, необходимостью обеспечения их высокой трещин о-стойкости, водонепроницаемости и долговечности, в состав МЗБ вводили расширяющуюся добавку ЯЪеотас ОБ 320 с целью ликвидации вредных по-

Таблица 6. Рецептура СУ МЗБ (В50) Таблица 7. Характеристики бетонной смеси и

бетона рабочей рецептуры

Компоненты Количе-

ство,

кг/м3

Цемент 660

Комплексная

добавка: 126

• Микродур «11-Х» 88

• Карбонатная мука 38

• РД- «Ме-

отас вБ 320» 6,6

• ГП- 0,86

«81ка\%соСге1е225»

Кварцевый песок 1 179

Вода 236

В/В 0,3

В/Ц 0,36

Характеристика Величина

Прочность при сжатии,

1 сут. 27,7 МПа

7 сут. 52,1 МПа

28 сут. 67,6 Мпа

Прочность при растяжении,

3 сут. 3,81 МПа

28 сут. 5,75 Мпа

Динамичесий модуль упру- 1

гости, 43 580

28 сут. Мпа

Расплыв конуса, мм

10 мин 265

60 мин 300

120 мин 310

180 мин 321

Расширение, мм/м 0,15

В/Ц 0,38

В/В 0,43

следствий усадки на его структуру и свойства, что позволило обеспечить остаточное расширение до 0,25 мм/м снизить и существенно повысить тре-щиностойкость монолитных железобетонных конструкций.

Таким образом, достижения требуемых показателей долговечности возможно не только путем обеспечения заданного минимального водоце-ментного отношения, но и так, же благодаря достижению оптимальной зерновой плотности на уровне микроструктуры вяжущего.

Такой подход к формированию структуры и свойств бетона имеет преимущество, поскольку является более технологичным и наименее затратным, не требующим существенного увеличения расхода цемента при одинаковых водоцементных отношениях.

Внедрение результатов работы выполнялось при строительстве завода по производству препаратов крови в г.Кирове, каркас которого представлен фундаментами, колоннами, ригелями и плитами перекрытия из монолитного железобетона. Основной производственный корпус имеет размеры в плане 150 х 120 м, и состоит из 7-ми двух-трёх этажных температурных блоков, общей площадью 19 400 кв.м приготовлено и уложено в тело опалубки 17 450 кб.м. СУ-МЗБ класса В40...В50. При этом, в зимних условиях, при температуре наружнего воздуха до -25*С было уложено 6 710 кб.м. Общий экономический эффект от внедрения СУ-МЗБ на указанном объекте составил 22,58 млн.руб.

Основные выводы

1. Обоснована возможность получения модифицированного мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой на основе портландцемента с применением микронаполнителя типа "Мик-родур 11-Х", содержащего до 20% зерен с наноразмерами <1мкм, и тонкодисперсной карбонатной муки (2,1-бмкм), способствующей повышению степени гидратации вяжущего за счет аккумулирования воды, увеличению объема цементного геля и снижению капиллярной пористости.

2. Разработан оптимальный состав модифицированного вяжущего с комплексной наносодержащей добавкой, включающей портландцемент и 40% микронаполнителя, который состоит из 70% микродура и 30% тонкодисперсной карбонатной муки с максимальным размером зерен до 6 мкм.

3. Получен самоуплотняющийся мелкозернистый бетон на основе модифицированного вяжущего, имеющий класс В30-В50 и выше, высокую водонепроницаемость \У12 и морозостойкость БЗОО.

4. Установлено, что при введении в состав обычных строительных цементов комплексной наносодержащей добавки с подобранным зерновым и минеральным составом, за счёт её размещения в межзерновом пространстве базового цемента, обеспечивается вытеснение свободной воды, что позволяет снизить водопотребность базового цемента на 10- 25%, при одновременном повышении подвижности 30-50%, и существенном улучшении других строительно-технологических свойств.

5. Наиболее эффективным условно гидравлически пассивным микронаполнителем является карбонатная мука, а гидравлически активным - микронаполнитель типа «Микродур 11-Х», и соответственно умеренно гидравлически активным микронаполнителем является смесь карбонатной муки и микронаполнителя типа «Микродур Я-Х» в соотношении 30%: 70%.

6. Экспериментально установлено, что максимальное содержание микронаполнителя в составе модифицированного вяжущего не должно превышать 40% от массы цемента. При введении в состав ПЦ500 до 40% тонкодисперсной карбонатной муки (2,1-бмкм), удельная поверхность модифицированного вяжущего повышается на 236% от 3750 см2/г до 8870 см2/г.

7. Установлено, что при введении в состав базового портландцемента 10% микронаполнителя «II-X», карбонатной муки или их смеси, количество седиментационной воды снижается более чем в 2 раза, вязкость цементного теста увеличивается с 1,2 Па.с до 1,4 Па.с, а граница текучести с 9 Па до 10 Па.

8. Установлено, что при введении в состав базового цемента микронаполнителей различной активности в количестве от 10% до 40%, капиллярная пористость цементного камня снижается соответственно на 10-30%, в зависимости от состава модифицированного вяжущего. При дальнейшем увеличении доли микронаполнителя, капиллярная пористость увеличивается пропорционально количеству вводимого материала.

9. Установлено, что на эффективность гиперпластификаторов на поли-карбоксилатной основе существенное влияние оказывает содержание С3А в составе базового портландцемента. С увеличением содержания С3А с 2,7% до 5,7% в составе вяжущего, эффективность водоредуцирующих добавок снижается на до 80% .

10. Установлено, что для самоуплотняющегося мелкозернистого бетона с гидравлически активным микронаполнителем, характерным является интенсивный набор прочности в первые 24 часа (до 40%), и повышение конечной прочности до 100 Мпа. При введении в состав модифицированного вяжущего условно пассивного микронаполнителя (карбонатной муки) в количестве до 40%, характерным является сравнительно медленный набор прочности (25% в период до 3 сут.) и достижение нормативной прочности в возрасте 28 суг.

11. Установлено, что тонкопористая структура самоуплотняющегося мелкозернистого бетона с общим объемом пор до 9,21% и средним радиусом пор 0,0401 мкм, для мелкозернистого бетона класса по прочности В50, и до 15,32% со средним радиусом 0,1148 мкм, для мелкозернистого бетона класса по прочности ВЗО предполагает, соответственно, их высокую водонепроницаемость и долговечность. При этом установлено, что морозостойкость самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов производственных составов соответствует морозостойкости F300.

12. Получены мелкозернистых бетоны с пониженными деформациями усадки за счет использования расширяющейся добавки на сульфоалюминат-ной основе.

13. Разработаны рекомендации по проектированию состава модифицированных вяжущих и мелкозернистых бетонов на их основе для возведения монолитных железобетонных конструкций с классом бетона по прочности В30....В50. Разработанные составы мелкозернистого самоуплотняющегося бетона на модифицированном вяжущем были использованы при строительстве завода по производству препаратов крови в г. Кирове, общей площадью 19 400 м2. Общий объем, приготовленного и уложенного в тело опалубки самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов класса В30...В50 на основе разработанных модифицированных вяжущих, составил 17 450 м3. При этом в зимних условиях, при температуре наружного воздуха до -25°С было уложено 6 710 м3. Общий экономический эффект от внедрения самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов на указанном объекте составил 22,58 млн. руб.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. А.И. Харченко, А.К. Дятлов, М.И. Баженов «Эффективные мелкозернистые бетоны на основе композиционных вяжущих для монолитного домостроения» // Научно - технический вестник Поволжья - 2012;№ 5.-С. 353-357.

2. А.К. Дятлов, А.И. Харченко, М.И. Баженов, И .Я. Харченко «Композиционные вяжущие для мелкозернистых самоуплотняющихся бетонов» // Научно - технический вестник Поволжья. - 2012; № 5.- С.153-160.

3. А.К. Дятлов, А.И. Харченко, М.И. Баженов, И.Я. Харченко "Мелкозернистые самоуплотняющиеся бетоны для монолитного домостроения на основе композиционных вяжущих'7/ Промышленное и гражданское строительство "ПГС" - 2012; № 11. - С.54-56.

В других изданиях:

4. А.К. Дятлов, А.И. Харченко, И.Я. Харченко "Мелкозернистый самоуплотняющийся бетон на основе модифицированного вяжущего для монолитного строительства"/ международная конференция «IBAUSIL» (г. Веймар, Германия) в 2012г.

5. А.К. Дятлов, А.И. Харченко, М.И. Баженов, И.Я. Харченко «Композиционные вяжущие для мелкозернистых самоуплотняющихся бетонов» // Строительные материалы XXI века/ Технологии бетонов. 2013;№ 3.- С.40-43.

6. А.К. Дятлов, O.A. Ларсен. "Повышение эффективности мелкозернистых бетонов добавками поликарбоксилатных пластификаторов для монолитного домостроения" // Международная научно-практическая конференция, сборник докладов, Белгород 2010, стр. 183-185.

КОПИ-ЦЕНТР св.: 77 007140227 Тираж 100 экз. г. Москва, ул. Енисейская, д. 36. тел.: 8-499-185-79-54, 8-906-787-70-86 www.kopirovka.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

и^инэиоии

ДЯТЛОВ Алексей Константинович

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ САМОУПЛОТНЯЮЩИЙСЯ БЕТОН С КОМПЛЕКСНОЙ НАНОСОДЕРЖАЩЕЙ ДОБАВКОЙ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -Доктор технических наук, профессор, Харченко И.Я.

Москва 2013

!

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение............................................................................................. 5

Глава 1 Состояние вопроса..................................................................... 8

1.1 Применение мелкозернистых и самоуплотняющихся бетонов в монолитном домостроении............................................................................... 11

1.2 Повышение эффективности возведения монолитных железобетонных конструкций на основе применения самоуплотняющихся бетонов (СУБ)..... 14

1.3 Цель и задачи исследования......................................................... 22

Глава 2 Применяемые материалы и методы исследования

2.1.1 Цемент.................................................................................. 24

2.1.2 Песок................................................................................... 26

2.1.3 Добавки................................................................................ 26

2.1.4 Наполнители......................................................................... 27

2.1.5 Карбонатная мука.................................................................... 28

2.2. Применяемые методы исследования................................................ 29

2.2.1 Исследование гранулометрического состава композиционного вяжущего и его компонентов......................................................................... 29

2.2.2 Определение удельной поверхности композиционных вяжущих........ 29

2.2.3 Определение объема межзерновых пустот КВ.............................. 29

2.2.4 Определение водопотребности и количества седиментационной воды.. 30

2.2.5 Исследование вязкости цементного теста..................................... 30

2.2.6 Исследование прочности......................................................... 31

2.2.7 Исследование поровой структуры............................................... 31

2.2.8 Исследование капиллярного водопоглощения............................... 32

Глава 3 Теоретические основы оптимизации структуры и свойств композиционных

вяжущих (КВ) для самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов (СУ МЗБ)

3.1 Физико-химические аспекты формирования структуры и свойств КВ для СУ МЗБ......................................................................................... 32

3.2 Анализ механизма взаимодействия компонентов при приготовлении и твердении КВ................................................................................. 34

3.3 Распределение воды затворения в структуре КВ................................ 36

3.4 Моделирование структуры КВ для СУ МЗБ.................................... 45

3.5 Выводы по главе........................................................................ 50

Глава 4 Оптимизация структуры КВ для СУ МЗБ с учётом дисперсности и расхода

микронаполнителей....................................................................... 51

4.1 Анализ гранулометрического состава компонентов КВ....................... 54

2

4.2 Влияние микронаполнителей на снижение межзерновой пустотности базового портландцемента............................................................... 55

4.3 Влияние микронаполнителей на величину удельной поверхности КВ...... 61

4.4 Оптимизация зернового состава КВ для СУ МЗБ................................ 62

4.5 Выводы по главе..........................................................................68

Глава 5 Исследование влияния дисперсности и расхода микронаполнителей на

реологические свойства и капиллярно-пористую структуру КВ дл СУ МЗБ

5.1 Влияние микронаполнителей на водопотребность КВ........................ 69

5.2 Влияние расхода и дисперсности микронаполнителей на седиментационную устойчивость цементного теста КВ........................................................ 71

5.3 Влияние расхода и дисперсности микронаполнителей на вязкость цементного теста.............................................................................73

5.4 Влияние микронаполнитей на формирование капиллярно-пористой структуры КВ................................................................................. 79

5.5 Выводы по главе........................................................................ 89

Глава 6 Исследование влияние химико-минералогического состава компонентов на

структуру и свойства КВ для СУ МЗБ

6.1 Влияние содержания СЗА базового портландцемента на эффективность применяемых гиперпластификаторов различного вида............................... 91

6.2 Влияние микронаполнителей на водопотребность и консистенцию мелкозернистых бетонов.................................................................. 96

6.3 Влияние минерального состава микронаполнитЗелей на структуру и свойства КВ для СУ МЗБ................................................................ 107

6.4 Выводы по главе........................................................................110

Глава 7 Исследование влияния состава КВ на прочность и долговечность СУ МЗБ

7.1 Влияние минерального и гранулометрического состава микронаполнителей на прочность КВ для СУ МЗБ...........................................................112

7.2 Влияние состава КВ на прочностные характеристики СУ МЗБ............113

7.3 Исследование долговечности СУ МЗБ на основе композиционных вяжущих ................................................................................. 118

7.4 Выводы по главе................................................................................... 123

Глава 8 Возведение монолитных железобетонных конструкций из СУ МЗБ на

основе КВ.....................................................................................124

8.1. Общий технологический регламент на устройство железобетонных конструкций из СУ-МЗБ (на примере неразрезного ригеля массой до

350тн)........................................................................................ 137

8.2. Технология производства работ в зимних условиях...........................138

з

8.3. Технико-экономическое обоснование производства работ по возведению монолитных железобетонных конструкций из СУ-МЗБ в зимних условиях.. 141

Общие выводы..................................................................................... 142

Библиографический список..................................................................... 144

Приложения.......................................................................................... 155

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность.

В настоящее время накоплен положительный опыт применения мелкозернистого бетона в монолитном домостроении для жилищного и гражданского строительства с классом по прочности не выше В25...В30. При этом, производство мелкозернистого бетона требует повышенного расхода цемента, что вызывает удорожание бетона и железобетонных конструкций, а твердение сопровождается развитием усадочных деформаций вследствие отсутствия крупного заполнителя, что отрицательно сказывается на его трещиностойкости и долговечности. Все это является сдерживающим фактором более широкого применения мелкозернистого бетона в строительной практике.

Решение задачи повышения эффективности мелкозернистых бетонов и более широкого применения их в строительстве может быть достигнуто путем использования комплексной наносодержащей добавки с оптимально подобранным зерновым и минеральным составом.

Работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013гг.

Цель работы.

Целью диссертации является разработка мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой и высокими эксплуатационными характеристиками.

Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- обосновать возможность получения комплексной наносодержащей добавки с оптимально подобранным зерновым и минеральным составом;

- определить влияние минерального и гранулометрического состава микронаполнителей на структуру и свойства мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой;

- разработать рекомендации по проектированию состава мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой;

- провести опытно-производственную апробацию результатов исследования.

Научная новизна.

Обоснована возможность получения модифицированного мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой на основе портландцемента с применением микронаполнителя типа "Микродур Я-Х", содержащего до 20% зерен с наноразмерами <1мкм, и тонкодисперсной

5

карбонатной муки (2,1-бмкм), способствующей повышению степени гидратации вяжущего за счет аккумулирования воды, увеличению объема цементного геля и снижению капиллярной пористости.

Модифицированное вяжущее с комплексной наносодержащей добавкой оптимального зернового состава имеет пониженную водопотребность вяжущего на 10-25% и повышенную на 30-50% подвижность.

Установлено, что наиболее эффективной добавкой является смесь тонкомолотой карбонатной муки различной дисперсности со средним радиусом 2,13,3 мкм и «Микродур Я-Х» в соотношении 30% : 70%.

Показано что введение в состав ПЦ500 до 40% тонкодисперсной карбонатной муки удельная поверхность модифицированного вяжущего повышается на 236% (от 355 м2/кг до 887 м2/кг).

Установлено, что при введении в вяжущее комплексной наносодержащей добавки, содержащей 10% микродура и 30% карбонатной муки или их смеси, приводит к снижению количества сидементационной воды более, чем в 2 раза, увеличению вязкости с 1,2 Па* с до 1,4 Па* с и границе текучести с 9 Па до ЮПа.

Показано, что мелкозернистый бетон на модифицированном вяжущем оптимального состава имеет на 10-30% пониженный объем капиллярных пор.

Показано, что мелкозернистый бетон на модифицированном вяжущем оптимального состава имеет прочность через сутки до 40% от марочной.

Результат ДТА показал, что на термограмме наблюдается значительный эндотермический эффект с максимумом при 120оС, обусловленный потерей слабосвязанной воды продуктами новообразований (преимущественно эттрингит) и повышенную степень гидратации вяжущего.

Идентификация продуктов гидратации, образовавшихся при твердении КВ выполнена с применением рентгенофазового анализа. Рентгенограмма образца подтверждает преимущественно аморфный характер С-8-Н-фаз.

Практическая значимость.

Разработан оптимальный состав модифицированного вяжущего с комплексной наносодержащей добавкой, включающей портландцемент и 40% микронаполнителя, который состоит из 70% микродура и 30% тонкодисперсной карбонатной муки с максимальным размером зерен до 6 мкм.

Получен мелкозернистый самоуплотняющийся бетона с комплексной наносодержащей добавкой, имеющий класс В30-В50 и выше, водонепроницаемость \У12 и морозостойкость БЗОО.

Разработаны рекомендации по проектированию состава мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой с классом по прочности В30-В50.

Внедрение результатов исследований.

По разработанной технологии приготовления, укладки и ухода за твердеющим мелкозернистым самоуплотняющимся бетоном выполнено строительство завода по производству препаратов крови в г.Кирове. Общий объем приготовленного и уложенного в опалубку бетона класса В30-В50 на основе мелкозернистого самоуплотняющегося бетона на модифицированном вяжущем составил 17 450 мЗ , что позволило на 20% сократить производственные затраты по строительству зданий и сооружений за счёт сокращения сроков производства работ и экономии материально-технических и трудовых ресурсов. Общий экономический эффект от внедрения результатов работы составил 22,58 млн.руб.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались на шестой международной и восьмой всероссийской научно-практической конференции «Социогуманитарные проблемы строительного комплекса» Москва 201 Ог, на конгресе Строительная наука, техника и технологии: перспективы и пути развития, секции «Инновации в строительной отрасли», Крокус-Экспо 02.11.2010г., а также на международной конференции «1ВАШ1Ь» (г. Веймар, Германия) в 2012г.

Основное содержание диссертации опубликовано в 6 научных работах, из них 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

На защиту выносятся:

обоснование выбора наиболее эффективных микронаполнителей для получения мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой;

- основные зависимости влияния минерального и гранулометрического состава микронаполнителей на структуру и свойства модифицированного вяжущего для мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой;

- обоснование возможности получения мелкозернистых самоуплотняющихся бетонов с комплексной наносодержащей добавкой класса В30-В50 на песках с разным модулем крупности 0,9-2,4Мк;

рекомендации по проектированию состава мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с комплексной наносодержащей добавкой;

-результаты опытно-производственной апробации выполненных исследований.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, общих выводов, библиографического списка, использованной литературы и приложений. Общий объем работы составляет 182 страниц, в том числе 155 страницы основного текста, содержащего 23 таблицы, 104 рисунка и 28 страниц приложений. Список использованных источников содержит 139 наименований.

Глава 1. Состояние вопроса

В настоящее время в строительстве получают широкое применение различные виды композиционных минеральных вяжущих, содержащих в своем составе значительное количество гидравлически активных или пассивных минеральных наполнителей с различной дисперсностью, которые существенно улучшают свойства как бетонных смесей, так и затвердевшего бетона.

Под минеральными наполнителями понимают минеральные тонкодисперсные порошки, которые содержат в своем составе зерна с размером частиц меньше, чем 125 мкм и удельной поверхностью, соизмеримой с удельной поверхностью товарного цемента. Введение в состав минерального вяжущего гидравлически активных или пассивных наполнителей позволяет не только обеспечить наиболее плотное компактное размещение зерен в составе цементного теста и, как следствие, снизить его водопотребность, а также повысить его седиментационную устойчивость и связанность, что может существенно улучшить свойства бетонной смеси и повысить качество бетонных и железобетонных конструкций в целом. Плотная структура цементного камня обеспечивает не только повышенную прочность бетона, но и повышенную долговечность при воздействии различных агрессивных сред. Поэтому необходимо рассматривать различные подходы, связанные с оптимизацией гранулометрического состава, как для минерального наполнителя, так и для композиционного вяжущего в целом.

Количество и гранулометрический состав наполнителей обеспечивает компактное размещение его зерен в межзерновом пространстве, образованном зернами базового портландцемента, что обеспечивает более компактное формирование микроструктуры затвердевшего цементного камня. При этом рассматриваются принципиально два вида минеральных микронаполнителей. Микронаполнители, которые имеют слабый пуццолановый эффект или являются полностью инертными, и микронаполнители с явно выраженными гидравлически активными свойствами.

В современном строительстве всё отчетливее проявляется тенденция

применения высокопрочных материалов, в частности бетонов. За последнее

десятилетие в отдельных странах прочность применяемых товарных бетонов

8

возросла в 1,5 раза, и ставятся задачи её повышения в 2-3 раза (до уровня 100 МПа) в ближайшие десятилетия. Тенденция использования бетонов высоких классов по прочности реализуется в наиболее интересных сооружениях: высотных зданиях, мостах, подземном строительстве. Кроме этого на данном этапе развития строительства все чаще выдвигаются тезисы о высоком долговременном экономическом эффекте от применения в конструкциях особо надежных бетонов [2], [3] и др., который обуславливается не только их высокой прочностью, но и высокими эксплуатационными свойствами, обеспечивающими высокую долговечность конструкции: морозостойкостью, стойкостью против коррозии, высокой маркой по водонепроницаемости и др.. Кроме этого эти бетоны обладают повышенной удобоукладываемостью бетонной смеси. За рубежом для таких бетонов принят специальный термин «High Performance Concrete — высококачественный бетон» [4].

Оригинальные решения проблемы производства высококачественного бетона найдено в России. [5],[6] Среди них можно выделить производство бетонов с применением полифункциональных модификаторов серии МБ (порошкообразных материалов на органоминеральной основе), разработанного сотрудниками НИИЖБ. Компонентами этого модификатора являются - микрокремнезем или его смесь с золой уноса и суперпластификатором, а также регулятором твердения. Одновременно с применением МБ получают высокоподвижные смеси (ОК=20-25 см), чем устраняется недостаток традиционных технологий получения высокопрочных бетонов из жестких смесей.

Предварительные исследования показали принципиальную возможность получения облегченных высокопрочных бетонов нового поколения на мелком заполнителе - песке (без применения щебня). Мелкозернистые высокопрочные бетоны нового поколения приводят к улучшению экономических показателей за счет: у�