автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Повышение эксплуатационных свойств бетона гидромелиоративных сооружений

Введение.

Глава 1. Натурные обследования эксплуатируемых гидромелиоративных сооружений. Цель и задачи работы

Рабочая гипотеза .,.

Глава 2. Исходные материалы и методики исследований

2.1. Характеристики исходных материалов.

2.2. Методы исследований.

2.3. Методика определения состава гидротехнического бетона.

Глава 3. Исследование структуры и свойств бетонов для гидромелиоративного строительства.

3.1. Исследование влияния технологических факторов на структуру и свойства бетона.

3.2. Формирование структуры бетона с отсасывающими обкладками.•.

3.3. Исследование эксплуатационных свойств бетонов, твердевших с отсасывающими обкладками.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Исследование свойств бетонов модифицированных техническим растительным маслом.

4.1. Исследование технологических параметров модификации бетонов техническим растительным маслом

4.1.1. Оптимизация процесса сушки бетонов.

4.1.2. Оптимизация процесса пропитки бетонов техническим растительным маслом.

4.1.3. Оптимизация процесса полимеризации технического растительного масла в теле бетона.

4.2. Исследование структуры и свойств модифицированных бетонов.

Выводы по главе 4.

Глава 5. Практические результаты работы.

5.1. Разработка рекомендаций по повышению эксплуатационных свойств бетонов и модификации железобетонных изделий гидромелиоративных сооружений, соприкасающихся с агрессивным грунтом.

5.2. Внедрение результатов работы.

Актуальность. Проблема повышения эксплуатационных свойств железобетонных гидромелиоративных сооружений связана с тем, что в регионах с засушливым климатом и засоленными грунтами многие возведенные сооружения разрушаются и выходят из строя ранее расчетного срока эксплуатации, что приводит к значительным затратам.

Факторами раннего разрушения бетонов в гидромелиоративных сооружениях являются дефекты структуры, которые возникают в процессе их изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации.

Решение задачи повышения срока службы сборных железобетонных гидромелиоративных сооружений связано с совершенствованием технологии изгоч • товления железобетонных изделий и конструкций и модификацией их техническим растительным маслом.

Работа выполнена в соответствии с комплексной государственной программой "Стройпрогресс 2000".

Цель и задачи работы. Основной целью данной работы является получение бетонов гидромелиоративного строительства с высокими эксплуатационными свойствами.

Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- обосновать выбор мероприятий, способствующих повышению эксплуатационных свойств бетонов гидромелиоративного строительства;

- исследовать влияние технологических факторов на структуру и эксплуатационные свойства бетона;

- разработать методы повышения эксплуатационных характеристик гидромелиоративных сооружений;

- исследовать структуру и свойства бетонов модифицированных техническим растительным маслом, разработать рекомендации по-производству железобетонных изделий и конструкций для гидромелиоративного строительства с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Научная новизна. Сформулированы положения о повышении срока службы сборных железобетонных гидромелиоративных сооружений созданием в изделиях плотных поверхностных слоев путем совместного использования ПАВ и отсасывающих обкладок или поверхностной модификацией техническим растительным маслом.

Установлено, что поверхностных слоев бетона, твердевшего с асбестовыми отсасывающими обкладками, примерно на 9% ниже, это способствует повышению морозостойкости бетонов в 1,4 раза и водонепроницаемости с W4 до W6, а также повышению трещиностойкости изделий.

Установлены с помощью метода планирования эксперимента зависимости прочности бетонов с добавкой С-3 от времени предварительной выдержки, скорости подъема температуры, времени и температуры изотермического прогрева, необходимые для оптимизации процесса тепловлажностной обработки, направленной на снижение дефектности структуры бетона.

Установлены оптимальные режимы сушки бетонов классов В15 и В25 на основе зависимостей остаточной влажности бетонов от температуры, а также изменения влажности бетонов при различных режимах сушки: при естественной циркуляции сушильного агента при Т = 100, 150 и 200° С и при принудительной циркуляции сушильного агента при Т = 100 и 120° С. Показано, что применение принудительной конвекции сушильного агента ведет к существенному снижению температуры сушки.

Установлены зависимости глубины пропитки и количества поглощенного технического растительного масла бетонами класса В15 и В25 от времени пропитки, а также влияния вязкости масла на кинетику его поглощения бетоном. Показано, что количество максимально поглощенного масла зависит от пористости бетона и составляет около 40% от его общей пористости.

Анализ структуры бетонов с модифицированным поверхностным слоем техническим растительным маслом с помощью оптического и электронного микроскопов показал наличие трех характерных слоев: модифицированного, переходной зоны и основного слоя бетона. Установлено, что переходная зона, образующаяся при полимеризации пропиточного состава, играет положительную роль, улучшая совместную работу слоев, предохраняя пропитанный слой от скалывания при нагружении и циклического действия окружающей среды.

Поверхностная пропитка бетонов техническим растительным маслом позволяет снизить их водопоглощение до величины менее 1% и повысить прочность на 35-40%.Температурно-влажностные деформации модифицированным бетонов не имеют аномальных расширений в области отрицательной температуры, после 200 циклов попеременного замораживания и оттаивания не обнаружено снижение прочности и изменения массы образцов.

Практическая значимость. Разработан комплекс мероприятий по совершенствованию технологии изготовления железобетонных лотков, которые включают оптимизацию состава бетона с добавкой С-3, применение отсасывающих обкладок, рациональных технологических приемов формования и оптимальных режимов тепловлажностной обработки.

Разработана технология модификации поверхностного слоя железобетонных изделий (стоек, свай, фундаментов, противофильтрационных плит покрытия каналов), соприкасающихся с засоленными грунтами, включающая сушку готовых изделий при Т = 180-200°С, пропитку высушенных изделий в техническом растительном масле нагретом до 130-140.°С и полимеризацию пропитанных изделий в сушильном агрегате при Т = 180-200°С в течение 6-8 ч.

Внедрение результатов. Результаты работы внедрялись на объектах Глав-дагестанводстроя, начиная с 1986 г.

Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции Hill промышленности строительных материалов в ГТАСМ г. Белгород, 1987 г, на Ш Научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, г. Белгород, 1997г, на Научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательский работ МИСИ-МГСУ в 1986, 1992,1993, на Всероссийской научно-технической конференции Пенза, 2001. На защиту выносятся:

- обоснованность выбора мероприятий, способствующих повышению долговечности сборных железобетонных гидромелиоративных сооружений,

- способ поверхностной пропитки железобетонных изделий техническим растительным маслом,

- свойства бетонов с поверхностным модифицированным слоем,

- внедрение результатов работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Сформулированы положения о повышении срока службы гидромелиоративных сооружений созданием в изделиях и конструкциях плотных поверхностных слоев путем совместного использования ПАВ и отсасывающих обкладок или поверхностной модификацией техническим растительным маслом.

2. Разработан комплекс мероприятий по совершенствованию технологии изготовления железобетонных лотков, которые включают оптимизацию состава бетона с суперпластификатором С-3, применение отсасывающих обкладок, рациональных технологических приемов формования и оптимальных режимов тепловлажностной обработки.

3. Разработана технология модификации поверхностного слоя железобетонных изделий, соприкасающихся с засоленным грунтом, включающая сушку готовых изделий при Т = 180 - 200°С, пропитку высушенных изделий в техническом растительном масле, нагретом до Т = 130 - 140°С и полимеризацию масла в пропитанных изделиях при Т = 180 - 200°С в течение 6-8 ч.

4. Установлены с помощью математического метода планирования эксперимента зависимости прочности бетонов с добавкой С-3 от времени предварительной выдержки, скорости подъема температуры, времени и температуры изотермического прогрева, необходимые для оптимизации процесса тепловлажностной обработки, направленной на снижение дефектности бетона.

5. Установлено, что поверхностных слоев бетона, твердевшего с отсасывающими обкладками, примерно на 9% ниже, это способствует повышению морозостойкости в 1,4 раза и водонепроницемости с W4 до W6, а также повышению трещиностойкости изделий.

6. Установлены оптимальные режимы сушки бетонов класса В15 и В25 на основе зависимостей остаточной влажности бетонов от температуры, а также изменения влажности бетонов при различных режимах сушки: при естественной циркуляции сушильного агента пои Т =■ 100, 150 и 200°С. Показано, что применение принудительной циркуляции сушильного агента ведет к существенному снижению температуры сушки.

7. Установлены зависимости глубины пропитки бетонов класса В15 и В25 и количества поглощенного технического растительного масла от времени пропитки, а также влияние вязкости масла на кинетику его поглощения бетоном. Показано, что количество максимально поглощенного масла бетоном зависит от его пористости и составляет около 40% от общей пористости.

8. Пропитка бетонов техническим растительным маслом позволяет снизить их водопоглощение до величины менее 1%, повысить прочность на 35 - 40%. Температурно-влажностные деформации модифицированных бетонов не имеют аномальных расширений в области отрицательной температуры. После 200 циклов попеременного замораживания и оттаивания не обнаружено снижения прочности и изменения массы образцов.

9. Анализ структуры бетонов с модифицированным поверхностным слоем техническим растительным маслом с помощью оптического и электронного микроскопов показал наличие трех характерных слоев: модифицированного, переходной зоны и основного слоя бетона. Установлено, что переходная зона, образующаяся в процессе полимеризации пропиточного состава, играет положительную роль, улучшая совместную работу слоев, предохраняя пропитанный слой от скалывания при нагружении и циклическом действии агрессивной среды.

10. Разработаны Рекомендации по повышению эксплуатационных свойств бетонов гидромелиоративных сооружений, способствующие повышению их срока службы, которые наши внедрение на объектах Главдагестанводстроя с 1986 г.

1. Бабков Г.А. Экономическая эффективность орошения на Северном Кавказе. "Гидротехника и мелиорация", 1971, № 6, с.34 - 41.

2. Конгичев М.П., Ткаченко Г.А. К вопросу о долговечности лотков-каналов. В сб. "Исследование прочности и долговечности и железобетонных конструкций". Ростов-на-Дону, 1969, с. 52 55

3. Миронов С.А., Малинский Е.Н., Шлаен А.Г. О причинах раннего разрушения сборных железобетонных лотков ирригационных каналов "Строительство и архитектура Узбекистана", 1974, № 6, с.1 6.

4. Невский В.А., Юндин А.Н., Кончилев М.П., Ткаченко Г.А. Долговечность железобетонных лотков и пути ее повышения. "Гидротехника и мелиорация", 1971, № 2, с. 57 64.

5. Алимов Л.А., Баженов Ю.М., Воронин В.В., Горчаков Г.И. Физико-механические свойства бетонов в зависимости от структурных характеристик. Сб. "Технология и повышение долговечности железобетонных конструкций", М., Стройиздат, с. 54 61.

6. Петров С.М. Совершенствовать технологию производства сборных железобетонных лотков. "Гидротехника и мелиорация", 1972, 12, с. 115-118.

7. Ткач В.Н., Медведев В.М., Красный А!М., Сенкевич Г.П. Повышение морозостойкости бетона в сборных железобетонных лотках. "Г и М", 1972,14, с. 19-23

8. Москвин В.Л. Коррозия бетона. М., Госстройиздат, 1952, с. 344, 620.

9. Гордон С.С. Вакуумирование бетона. Машстройиздат, 1949, с. 171.

10. Меркин А.П., Фокин Г.А., Батдалов М.М., Семина З.Д. авт. свид. Способ изготовления бетонных изделий. № 288618 от 3.12.1970. Бюллетень изобретений, № 36.

11. Чеховский Ю.В. Понижение проницаемости бетона., М., "Энергия", 1968.

12. Руководство по защите бетона и строительных материалов методом гидрофобизации. М., НИИЖБ, 1978.

13. Плунтянская М.Н., Кривицкий М.Я. Гидрофобизация пенобетона и пеносиликата водной эмульсией кремнийорганических жидкостей ГКЖ-94. Сб. "Коррозия бетона и методы зашиты". Труды НИИЖБ, 1957.

14. Мощанский Н.А. Повышение стойкостй строительных материалов и конструкций, работающих в условиях агрессивной среды. М., Госстройиздат, 1962.

15. Поляков К. А. Неметаллические химические материалы. М., Госхимиздат, 1952.

16. Денисов А.И., Домокеев А.Г., Иванов О.М., Кулькова В.М. Бетонные покрытия полов промышленных зданий. М,: Стройиздат, 1971.

17. Р. Кенеке. Защита поверхности бетона. М., Стройиздат, 1981.

18. Traitement anti-ponsiere des sols en beton. Batiz № 151, 1956.

19. Иванов O.M., Домокеев А.Г., Домокеева А.И., Кулькова В.М. Долговечные бетонные полы. "Строительные материалы", 1965.

20. Баженов Ю.М. Технология бетона. М., "Высшая школа", 1978.

21. Завьялов И.Н. Карбонизация известково-песчанных изделий отходящими газами котельной. Бюллетень строительной техники, 1952.

22. Ф. Вавржин, Р.Крчма. Химические добавки в строительстве. М., Стройиздат, 1964.

23. Волкович С. И. и др. Обработка бетона и известково-силикатных материалов четырехфтористым кремнием. "Строительные материалы", 1959.

24. Покровский И.С. Пропиточная гидроизоляция бетона. "Энергия", 1965.

25. Покровский И.С. Пропитка бетона методом внутреннего ваку-умирования. Известия ВНИИГ. 1956.

26. Касимов Э.К., Мощаиский И. А., Чеховский Ю.В. Пропитка бетона методом контракции. "Строительство трубопроводов", 1962.

27. Глебов П.Д., Покровский Н.С. Материал для пропиточной гидроизоляции элементов сборных железобетонных конструкций. "Гидротехническое строительство", № 10, 1958.

28. Покровский Н.С. Гидроизоляция сборных железобетонных деталей методом пропитки. "Гидротехническое строительство", 1955, № 5.

29. Савенков В.В., Чернявский B.JI. Статистические исследования пропиточной гидроизоляции на долговечность бетона в железобетонных конструкциях. Тезисы докладов и сообщений на VI Всесоюзной научно-технической конференции. Донецк, 1978.

30. Артамонов B.C., Молчина Г.М. Защита от коррозии транспортных сооружений. Справочная книга. Под ред. Веденкина С.Г. М., Стройиздат, 1966.

31. Баженов Ю.М., Угинчус Д.А., Улитина Г.А. Бетонополимерные материалы и изделия. Киев, "Будывельник", 1978.

32. Стольников В.В., Лавринович Е.В. Седиментационные процессы в бетонной смеси и их влияние на формирование структуры бетона и его водонепроницаемость. Известия ВНИИГ, 1952.

33. Патуроев В.В. Классификация полимербетонов по технологическим признакам и деструктивным процессам. "Бетон и железобетон", 1981, №4.

34. Баженов Ю.М. Бетонополимеры. М., Стройиздат, 1983.

35. Cfren W.F., Mehta Н.С., Slutter R.G. Sulfur- and polymer imprequated. Brick and Block Prigus. I.T.E., 1976, № 4.

36. Волгушев A.H., Патуроев В.В. и др. "Бетон и железобетон", 1976, № 11.

37. Concrete-Polimer Materials Fourth Topical Report. Burean of Reclamation. United States Deportament of the Jnterior, and Bzookhaven

38. National Laboratory. 1972.

39. Баженов Ю.М., Гусев Б.В., Давидюк.А.И. Исследование возможности осуществления обработки бетона различными пропиточными материлами. Сб. Повышение долговечности промышленных зданий и сооружений за счет применения полимербетонов. М., Стройиздат, 1978.

40. Dutruel F. Concrete Impregnation Techniques. "Precast concrete". 1979, v.5, № 4.

41. Pollet H. Newue des Materiaux de constructions et des Crawaux Publies. 1973, v.6, № 31.

42. Fordos Z., Mikkelsen A. "Plastimpregneret beton". "Nordick beton". 1972, bd. 16, № 4.

43. Малков С., Крумов В. Избор на оптимали състава за пропиване на бетона. Техническа мислъл. 1978, № 6.

44. Лейрих В.Э., Касимов И.К. Пропитка бетонов с использованием внутреннего вакуума. "Бетон и железобетон", 1965, № 7.

45. Thaulow N. Beton imprequowany siarka. "Cement, Wapn, Gips", 1975, 29/41, №3.

46. Malhotra V.M., Development of sulfa-infiltrated high-strength concrete. I. А. С. I., 1975, № 9, 72.

47. Соколов A.B., Пичугин А.П. Сб. трудов Приморского с-х института, 1973.

48. Whiting D. Kline D. Pore size distribution im epoxy inpreguated hardened cementen pastes. "Cement and concrete Res", 1977, № 1.

49. Rio Arturo, Cernia enrico, Polyblends of cement and organic Polymers. I.P.S.M.R. 1974, № 9.

50. Патент НРБ кл. С04в, № 12584.

51. Кикава О.Ш., авторское свид. СССР № 500210.

52. Kobayashi Rikio. Cypsum-resins pouposits. "Cekko, Tokka, Gyps and1.me" 1976, № 140.

53. Lisowski S., Matyjaszewska A. Badania wlasnosci gipse dadatviem monomern spolimeryzowanego radiacyjnie. "Cement, Wapno, Gips", 1975, №4.

54. Патент Японии кл. 22C5, № 49-16095.

55. Lange H., Richter В. Banstoffkundliche Grundlagen ir Herstellung poly merimpragnierter hochfester. "Beto, Wiss Z. Hochsch. Bauw. Leipzig". 1975, № 1.

56. Туркестанов Г.А. Сб. Тонельные отбелки из сборного железобетона, "Трансжелдориздат", 1965.

57. Ohama Iosnihiko. Relation between plusse velocity and compressime strength of polystyrene-impregnated concrete. P.R.C.M.R., Kyoto, 1974.

58. Баженов Ю.М. и др. Повышение долговечности бетона и железобетонных конструкций в суровых климатических условиях. М., Стройиздат, 1979.

59. Горчаков Г.И. и др. Прочностные и деформативные свойства бетонов и бетонополимеров. Тезисы докладов. Республиканская конференция. Вильнюс. 1978.

60. Баженов Ю.М. и др. Особенности технологии и свойств бето-нополимесов. "Энергетическое строительство", 1979, № 2.М

61. Максимов Ю.В. и др. Влияние способа формования бетона на свойства бетонополимеров. Труды НИИЖБ. Сб. Исследования бетонов с применением полимеров. М., 1980.

62. Инструкция по получению гидротехнического бетона повышенной стойкости путем регулирования его структуры и легирования полимерами. Махачкала, 1977.

63. Баженов Ю.М. и др. Изучение процесса пропитки бетонов по-ризующим мономерами. Сб. МИСИ, 1979, № 139.

64. Воронин В.В. Повышение долговечности модифицированного бетона.

65. Энергетическое строительство", 1982, № 1.

66. Dutruel F. "Betous Industriebs". 1975, № 50.

67. Ронин В.П. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. М., 1980.

68. Научно-технический отчет. "Экспериментальное изучение особенностей свойств и структуры бетонополимеров", М., ВИА им. В.В.Куйбышева, 1973.

69. Труды ВНИИВодгео, Гидротехника, вып.55, 1975.

70. Баженов Ю.М. "Промышленное строительство", 1978, № 8.

71. Воронин В.В. Морозостойкость и технология бетона с модифицированным поверхностным слоем. Автореферат докторской диссертации. М., 1985.

72. Баженов Ю.М. и др. Сб. XI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. М., Наука, 1975, № 9.

73. First International Congress of Polymer Concrete, London.

74. Munos Escalona A. Ramos C. Polymerization rate an mechanicale properties of Polymerimpregnated mortar. C.C.R. 1976, v.6, № 2

75. Покровский H.C. Пропиточная гидроизоляция бетона. M., "Энергия", 1967.

76. Касимов И.К. Модификация бетонов термопластичными композициями. Автореферат докторской диссертации. М., 1981.

77. Щекаченко Р.А., Грайфер А.Г. Пропиточная изоляция железобетонных труб. "Бетон и железобетон", 1974, № 6.

78. Скрамтаев Б.Г., Панфилова Л.И. Исследование явлений вакуума в твердеющих цементах. Труды НИИцемента. Вып.2, М., Промиздат, 1949.

79. Мощанский Н.А., Конопленко А.С. Долговечность силосохранилищ. Гипросельхоз, 1958.

80. Федотов Е.Д. Сб. Перспективы применения бетонополимеров иполимербетонов в строительстве. М., Стройиздат, 1976.

81. Allan Ouskern A. Beview of properties of Polumer impregnated Concrete. "New materials in Concrete conctruction Univerity of Illions Conference. Crecago. 1971.

82. Райчук Ф.З., Меньшиков B.C., Семин Г.И. Разработка технологии модифицирования бетонных изделий на заданную глубину. Сб. Повышение долговечности промышленных и гражданских зданий за счет применения полимер бетонов. М., Стройиздат, 1978.

83. Егоров Ю.В. Бетонополимеры с поверхйостной пропиткой. Сб. Повышение долговечности промышленных зданий и сооружений за счет применением полимербетонов. М., Стройиздат, 1978.

84. Dutruel F. Concrete Impregnation Techniques. "Precast concrete", 1979, v. 5, № 4.

85. Krakowska A. Betony impregnowane polimerami w s'wiethe badan francuschich u Zuzyniere in Banawnichtwo. 1979, v.36, № 41.

86. Polumer Impregnation of concrete at Dworchah Dam. US. Army. Cops of Engineers. Walla. Distriot. 1976.

87. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. М., 1988.

88. Под.ред. Рыбьева И.А. Общий курс строительных материалов. М., 1987.

89. Горчаков Г.И. Строительные материалы. "Высшая школа" М., 1981.

90. Орлова О.В., Фомичева Т.Н., О.кунчиков А.З., Курский Г.Р. Технология лаков и красок. М., Стройиздат, 1955.

91. Дринберг А.Я. Технология пленкообразующих веществ. М., Госхимиздат, 1955.

92. Мануйлова Е.Н. Декоративные, бетоны, модифицированы техническим растительным маслом. А/реферат диссертации на соискание уч. степени к.т.н., М., 1995.

93. Горчаков Г.И., Алимов JI.A., Воронин В.В., Акимов А.В. Зависимостьморозостойкости бетонов от их структуры и температурных деформаций. "Бетон и железобетон", 1972, № 10, с. 7 10.

94. Чеховский Ю.В. Понижение проницаемости бетона. М., Энергия, 1968, с. 191.

95. Акимов А.В., Рублиган А.Г. Водонепроницаемость бетонов на местных материалах. Кишинев, 1982, с. 96.

96. Методика определения вязкости технических растительных масел. М., 1981.

97. Баженов Ю.М., Вознесенский В.А. Перспективы применения математических методов в технологии сборного железобетона. М., Стройиздат, 1974.

98. Вознесенский Е.Ф. Режим и баланс грунтовых вод, вводимых в орошение территорий. М., "Наука", 1966, с. 180.

99. Аксенова JI.H., Москатова А.П., Александрова Г.А. Коррозия бетона в сульфатосодержащих грунтах Мангышлака. "Бетон и железобетон", № 8, 1975.

100. Баженов Ю.М., Горчаков Г.И., Алимов JI.A., Воронин В.В. Получение бетона заданных свойств. М., Стройиздат, 1978, с. 57.

101. Лыков А.В. Теория сушки. М., Энергия, 1968.

102. Баженов Ю.М. Бетонополимеры. М., Стройиздат, 1983, с. 472.

103. Ахвердов И.Н. Основы физики бетона. М., Стройиздат, 1980.

104. Перегудов В.В., Роговой М.И. Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей. М., Стройиздат, 1983.

105. Pu Denis, Cady Philih D. Effect of Moisture content and drying method on the penetration of monomers into concrete. I. A.C.I. 1976, № 8.

106. Цилосани З.Н. Усадка и ползучесть бетона. Тбилиси, 1963.

107. Александровский С.В., Десов А.Е., Красильников К.Г. К вопросу о прогнозировании предельных величин усадки бетона. "Бетон и железобетон", 1971, № 11.