автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Самоуплотняющиеся бетоны на композиционных вяжущих для малых архитектурных форм

На правах рукописи

ДЕГТЕВ Юрий Васильевич

Самоуплотняющиеся бетоны на композиционных вяжущих для малых архитектурных форм

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

БЕЛ ГОРОД-2015

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» (ФГБОУ ВПО БГТУ им. В.Г. Шухова)

Научный руководитель

- Лесовик Руслан Валерьевич

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты

Ведущая организация

- Несветаев Григорий Васильевич

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный

строительный университет», заведующий кафедрой технологии строительного

производства.

- Леденев Андрей Александрович

кандидат технических наук ФГБОУ ВПО «Воронежский институт Государственной противопожарной службы МЧС России», доцент кафедры пожарной безопасности в строительстве.

- ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» Национальный исследовательский университет, г. Москва.

Защита состоится «29» апреля 2015 г. в 14.30 часов на заседании диссертационного совета Д.212.014.01 в ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, ауд. 242 г.к., тел. 8 (4722) 55-95-78.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова и на сайте http ://gos_att .bstu.ru/dis.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью и заверенных печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета. Копию отзыва просим прислать на e-mail: gos.att.bstu.ru

Автореферат разослан «16» марта 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Г"*" Смоляго Г.А.

| РОССИЙСКАЯ !ГОСУДАРСТВЕННАЯ ' БИБЛИОТЕКА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие строительного материаловедения направлено на повышение функциональности, надежности и экологичности материалов, а также повышения удобства работы с ними. Применительно к бетонам последнее заключается в обеспечении возможности их уплотнения под действием гравитационных сил. Способность к самоуплотнению позволяет упростить процесс бетонирования, снизить зависимость качества работ от квалификации исполнителей, дать дополнительную свободу конструкторам, сделав возможным реализацию тонкостенных, густоармированных конструкций сложных конфигураций.

Одной из сфер практического применения самоуплотняющихся бетонов, испытывающей дефицит в новых материалах и технологиях, является изготовление декоративных бетонных изделий, в частности, малых архитектурных форм (МАФ). Спецификой МАФ, является необходимость придания изделиям сложной геометрической формы, в том числе с обилием мелких элементов. Это затрудняет использование классических технологий бетонирования и уплотнения. Применение же высокоподвижных (литых) бетонных смесей на основе традиционных материалов, вступает в противоречие с необходимостью обеспечения долговечности.

МАФ оказывают большое влияние на формирование благоприятного эмоционального фона людей, что особенно важно в условиях напряженной политической и экономической ситуации. Недостаточная долговечность, ухудшение со временем внешнего вида малых архитектурных форм, появление дефектов недопустимо, так как это способно изменить знак их эмоциональной окраски на отрицательный.

Решением обозначенных проблем является разработка эффективного мелкозернистого самоуплотняющегося бетона с повышенными эксплуатационными и эстетическими характеристиками на основе оптимизированных композиционных вяжущих.

Диссертационная работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 г.г., внутривузовского гранта «Геоника. Предмет и задачи. Реализация в строительном материаловедении» на 2012-2014 г.г., Программа стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012-2016 г.г.

Цель работы: разработка эффективных композиционных вяжущих и самоуплотняющихся бетонов для изготовления малых архитектурных форм.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ гребований к малым архитектурным формам, бетонам и вяжущим для их изготовления;

- разработка и исследование свойств композиционных вяжущих, оптимизированных для получения бетонов для МАФ;

- исследования эффективности самоуплотнения и физико-механических характеристик разработанных материалов на их основе;

- подготовка нормативных документов, практическая реализация результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна работы:

- установлена возможность интенсификации процессов структурообразования самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов за счет применения композиционных вяжущих рациональных составов, создания благоприятных условий формования и параметров синтеза, что позволяет создавать материалы для МАФ отличающиеся высокой скоростью набора прочности в естественных условиях, пониженным водопоглощением и расходом портландцемента, с высокими эксплуатационными характеристи кам и;

- оптимизация зернового состава вяжущего, заключающаяся в нормировании содержания частиц менее 9 мкм, достигаемая совместным помолом портландцемента с определенными минеральными добавками, благоприятно сказывается на способности мелкозернистых бетонных смесей к окрашиванию и самоуплотнению без негативных сопутствующих явлений, таких как повышенная усадка и водопоглощение. Использование комплексной добавки, способствует высоким темпам набора прочности и сохранению интенсивности окраски повышает степень закристалл изованности новообразовани й;

- при изучении динамики поглощения воды установлено, что в традиционном цементно-песчаном материале основной объем воды размещается непосредственно в капиллярной пористости, а в разработанных материалах капилляры служат транспортной системой для заполнения макропор. Подобная структура строения порового пространства является более благоприятной с точки зрения обеспечения морозостойкости, поскольку температура замерзания воды снижается при уменьшении диаметра капиллярной поры, и имеется достаточный свободный объем в виде ячеистых пор, для вытеснения воды из капилляров при промерзании от поверхности вглубь изделия. Подобная структура строения порового пространства является предпочтительной так же и с точки зрения противодействия коррозионным процессам из-за меньшей площади сечения пор и склонности тонких капилляров к кольматации продуктами коррозии и блокирования доступа химически активных веществ внутрь материала.

Практическое значение работы:

- разработаны составы и технология получения композиционных вяжущих для получения самоуплотняющихся окрашиваемых мелкозернистых бетонных смесей для изготовления МАФ;

- изучен широкий спектр свойств, разработанных самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов на композиционных вяжущих;

- предложены упрощенные методики оценки эффективности

самоуплотнения бетонных смесей, количества вовлеченного в них воздуха, а также динамики твердения бетона на малом числе образцов, за счет сочетания неразрушающего и традиционного методов определения их прочности;

- сформирована технологическая и компоновочная схема организации производства МАФ на основе композиционных вяжущих;

- предложены геонические модели для МАФ органически вписывающиеся в среду обитания в соответствии с геоморфологией, климатом, культурными традициями и т.д.;

- проведен расчет декоративной МАФ (колонна) «Кристалл кварца» по прочности на эксплуатационные нагрузки и условия возникновения трещин.

Внедрение результатов исследований. С ООО «ЖБИ-4» (г. Белгород) и ОАО «Домостроительная компания» (г. Белгород) заключены протоколы о намерениях внедрения результатов работы.

Для широкомасштабного внедрения результатов научно-исследовательской работы разработаны:

- стандарт организации «Бетон самоуплотняющийся для малых архитектурных форм. Технические условия» СТО 02066339-014-2014;

- рекомендации на изготовление самоуплотняющегося бетона для малых архитектурных форм.

Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных исследований и внедрения используются в учебном процессе, при подготовке бакалавров и магистров по направлениям: 270800.62 «Строительство» профиля 270800.68.03 «Технология строительных материалов, изделий и конструкций» и 270800.68.04 «Инновации и трансфер технологий», что отражено в учебных программах дисциплин «Современные технологии композиционных материалов» и «Инновационные технологии и материалы в строительстве».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: Международной научной конференции «Геоника: Проблемы строительного материаловедения; энергосбережение; экология» (Белгород 2012); Международной молодежной конференции «Экологические проблемы горнопромышленных районов» (Казань 2012); VIII Международной научной конференции «Образование и наука на 21 век» (София 2012); International research and practice conference «Science and Education» (Мюнхен 2012); Международной научной конференции «Эффективные композиты для архитектурной геоники» (Белгород 2013); Международной научно-технической онлайн конференции студентов, аспирантов и молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород, 2013); Международной научно-практической конференции, посвященной 160-летию со дня рождения В.Г. Шухова (Москва 2013); Молодежной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород 2013); Международной научной конференции «Эффективные композиты для

архитектурной геоники» (Белгород 2013); ХШ Академических чтениях РААСН «Научные и инженерные проблемы строительно-технической утилизации техногенных отходов» (Белгород 2014); XXXV Международной научно-практической конференции «Технические науки от теории к практике» (Новосибирск 2014).

Публикации. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы, изложены в 9 научных публикациях, в том числе в 3-х статьях ведущих рецензируемых изданий, рекомендуемых для публикации по диссертационным исследованиям. Зарегистрировано ноу-хау № 20140019 - Композиционные вяжущие, 2014 г.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 218 страницах машинописного текста, включающего библиографический список из 170 наименований, 56 рисунков, 29 таблиц и 7 приложений.

На защиту выносятся:

- теоретическое обоснование составов и технологии получения самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов для МАФ с улучшенными эксплуатационными характеристиками;

- составы и свойства композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов на их основе;

- пример реализации принципов геоники при решении практических задач.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ тенденций совершенствования технологии бетонов и практики изготовления декоративных композитов на вяжущих гидратационного твердения, позволил сформулировать основные требования к бетонным смесям и бетонам для МАФ, наметить пути их обеспечения.

Бетон для МАФ должен обеспечивать сочетание высокой подвижности, текучести и склонности к уплотнению под действием гравитационных сил, с такими антогонистами как сегрегационная устойчивость, высокие морозо-, атмосфере- и трещиностойкость. При этом должна обеспечиваться возможность объемного окрашивания, высокое качество поверхности и пониженная загрязняемость, доступность сырья.

Традиционным путем достижения требуемого результата является оптимизация свойств бетонной смеси за счет применения необходимых функциональных химических и минеральных добавок. При этом не всегда удается обеспечить выполнение всего комплекса требований. Причиной является то, что в основе материала остаются лежать все те же компоненты (портландцемент и заполнители), а вводимые добавки лишь корректируют их свойства в ограниченном диапазоне. Целенаправленное создание

специализированных ингредиентов для подобных смесей, при данном подходе, не производится.

Спецификой МАФ является сравнительно небольшой объем производства, несравнимый с потреблением бетона и ЖБИ в жилищном строительстве. В связи с этим приемлемым с экономической точки зрения, и прогрессивным с технической, является создание гаммы специальных композиционных вяжущих, учитывающих особенности каждого из видов декоративных изделий.

Данный путь - целенаправленное создание материала под конкретную задачу, хорошо согласуется с перспективным направлением развития науки геоникой (геомиметикой). При этом традиционные строительные материалы, в частности портландцемент, подвергаются глубокой переработке, придающей им новые свойства, более полно раскрывается их потенциал. Снижается их расход, а, следовательно, экологическая нагрузка на окружающую среду.

Таблица 1 - Основные показатели физико-механических свойств композиционных вяжущих в зависимости от состава__

Вяжущее* Содержание мин доб. в вяж., % Рч», кг/м НГ, % Сроки схват., мин Предел прочности, МПа

Отсев дробл. КВП Мел Нач. Кон. Сжатие Изшб

КВ-80КВП 20 - 2212 17,5 150 320 78,5 П.З

КВ-80КВП(Б) 20 - 2190 17 110 360 74.1 12,7

КВ-80М - 20 2150 18,5 140 330 74,1 12

КВ-80М(Б) - 20 2178 18 130 320 70,4 12,1

КВ-60КВП 40 2197 19 130 400 60,7 11,7

КВ-60КВП+М 20 20 2240 16,5 160 350 69,4 11,7

КВ-60КВП+М(Б] 20 20 2171 16 130 320 64,7 11.4

КВ-60М(Б) - 40 2155 19,5 150 330 57 12,7

ПЦ (серый)** (с доб. СП) - — 2187 20,5 140 310 64,1 10,5

ПЦ (серый)** (без доб. СП) — — 2150 27 130 270 51 8.4

* КВ - композиционное вяжущее; 80 или 60 - процентное содержание клинкерной части; вид минеральной добавки: КВП - отсев дробления кварцитопесчаника, М - мел; (Б) - на основе белого портландцемента;

** для сравнения.

Рядом исследователей высказывается мнение, что при получении самоуплотняющихся бетонных смесей, наряду с применением водоредуцирующих добавок, важным фактором является оптимизация гранулометрического состава портландцемента, в частности, обеспечение нормированного содержания частиц размерами менее 16 мкм, которых в рядовом цементе недостаточно (для тонкомолотых цементов следует рассматривать частицы размерами менее 9 мкм). Недостаток указанных частиц приводит к повышению объема пустот между частицами вяжущего,

для заполнения которых требуется лишняя вода. Снижается сегрегационная устойчивость смесей и ухудшается ряд других показателей. Регулирование количества частиц размером менее 9 мкм, а также гомогенизацию КВ, осуществляли за счет помола. В качестве ингенсификатора помола использовалась добавка 81ка0ппс1-400. Составы композиционных вяжущих приведены в таблице 1.

В качестве минеральных добавок были применены отсевы дробления кварцитопесчаника

(фракция 0...0,63 мм), мел и их смесь в соотношении 1:1, которые вводились взамен 20 и 40% портландцемента. В качестве пластификатора применялась

добавка З^каЧ^соСгеге 32 8СС. Выбор данной добавки обусловлен ее бесцветностью, что важно при получении окрашенных бетонов. Введение добавки осуществлялось при приготовлении бетонной смеси. Строение частиц мела (Х20 ООО) Частицы мела, ввиду

особенностей их возникновения, при незначительной степени уплотнения, имеют пространственное строение, показанное на рисунке 1. Они представляют собой частично поврежденные кольцевидные и трубчатые образования, сложенные из сегментов размерами 1...2 мкм. Это обусловливает высокую пористость породы. Использование мела в естественном состоянии в качестве добавки в бетоны возможно только в небольших количествах (до 5% от массы вяжущего). При больших дозировках резко увеличивается водопотребность смешанного вяжущего, повышается водопоглощение

бетона, страдают прочность и морозостой кость.

Введение мела 20% и более возможно, если композиционное вяжущее

изготавливается совместным помолом компонентов. При этом более твердые клинкерные частицы выступают в роли мелющих тел по отношению более мягким объемным карбонатным образованиям. Происходит дезагрегация последних на единичные сегменты.

Рисунок 1 10 9 8 7

»3

!5 -

В

Я4

3 2 1 0

-О-КВ-60КВП+М -о-КВЮО -л- КВ-60КВП -Х- КВ60М(Б) -е- КВ-60КВП+М(Б)

6

Размер частиц, мкм

Рисунок 2 - Фрагмент кривой чернового состава композиционных вяжущих

Подтверждением этому могут служить явно выраженные пики в диапазоне 1 и 3 мкм на кривых грансостава композиционных вяжущих содержащих мел (рисунок 2).

Обломки меловых частиц имеют правильную форму со сглаженными ребрами и углами, большую площадь поверхности и множество активных центров в зоне разлома. Это обусловливает высокую активность мела в качестве минеральной добавки.

Использование в составе КВ таких минеральных добавок как отсевы дробления КВП и мел, позволяют улучшить реологические характеристики паст, снизив (в сочетании с суперпластификатором) напряжение сдвига при котором начинается течение, динамическую вязкость, склонность смесей к структурированию, что важно при получении самоуплотняющихся бетонных смесей.

Как видно из таблицы 1 и рисунка 3, все разработанные составы композиционных вяжущих обеспечивают прирост прочности по сравнению с

исходным портландцементом. Оптимальными с точки зрения прочностных характеристик, водо-потребности, темпов

0 Время твердения! сут Зи ° Вре„я°вердени°. сут 3° Наб°Р3 ТОЧНОСТИ И

Рисунок 3 - Динамика набора прочности КВ с содержанием функциональности минеральной добавки: а) 20%; б) 40% являются составы:

1. КВ-80КВП - состав, имеющий максимальную активность, для серых и окрашенных в темные цвета бетонов.

2. КВ-80М(Б) - состав, имеющий высокую активность, для белых или светлых окрашенных бетонов.

3. КВ-60КВП+М - экономичный состав для серых и окрашенных в темные цвета бетонов.

4. КВ-60КВП+М(Б) - экономичный состав, с пониженным расходом белого цемента для окрашенных в светлые цвета бетонов.

Па уровне близком к макроскопическому (рисунок 4А), конгломераты на основе разработанных вяжущих демонстрируют достаточно однородную структуру. Новообразования цементного камня (рисунок 4Б) хорошо закристаллизованы, имеют мелкокристаллический характер,

преимущественно пластинчатое строение. Обращает на себя внимание склонность материала к заполнению новообразованиями довольно крупных дефектов (рисунок 4В).

А) х5° Б) Х500 В) Х5000

Рисунок 4 - Характер излома цементного камня состава КВП-60КВП+М(Б)

Гидратация алита (рисунок 5) в составе композиционных вяжущих с комплексной добавкой протекает интенсивнее, чем у других составов. Количество образующегося портландита также ниже, чем у других вяжущих, что связано с протеканием пуццолановой реакции с отсевами дробления КВП. Это, наряду с большей степенью гидратации трехкальциевого алюмината, обеспечивает данному вяжущему более быстрый первичный набор прочности.

К 28 суткам достигается наибольшая из всех составов полнота гидратации алита, степень закристаллизованности новообразований также несколько выше, чем у композиционного вяжущего с добавкой только отсевов дробления КВП.

Таким образом, количество и вид минеральных добавок, дисперсность всех компонентов композиционного вяжущего формируют его емкость по

адсорбции суперпластификатора. Добиваясь повышения этой емкости, т.е. максимальных значений эффективной дозировки, за счет варьирования вида и количества минеральных добавок в составе композиционных вяжущих, можно повышать их пригодность для получения самоуплотняющихся бетонных смесей.

При проектировании бетонных смесей и бетонов на разработанных вяжущих был реализован принцип полной утилизация всех фракций отсевов дробления КВП в технологическом цикле производства одного вида продукции. Фракция менее 0,63 мм, хорошо показала себя в качестве минеральной добавки при получении композиционных вяжущих. Утилизация подобных пылевидных материалов в традиционных технологиях обычно представляет наибольшую сложность.

Оставшаяся фракция 0,63...5 мм отсевов дробления КВП использовалась как укрупняющая добавка к местным пескам, отличающимся пониженным модулем крупности. Таким образом, осуществлялась полая утилизация отсевов дробления КВП.

Таблица 2 - Итоговые составы бетонных смесей

Расход компонентов кг на 1 м1 бетонной смссн

Вяжущее Мелкий заполнитель "Г1 ЭИса Возд. вовл. доб., % кг

1 В том числе Отс. др. КВП фр. 0,63...2 мм В/Ц вода, л Уюсо

о О Вид вяж. Всего Ц М КВП <0,63 мм Отс. др. КВП фр 2...5 мм Песок Сге1е 32 5СС % кг

КВ1 КВ-80КВП 295 236 80% - 47.2 20% 50,9 86,2 1630, 9 0,74 220 0,58% 1,71 0,15% 0,44

КВ2 КВ-80КВП(Б) 307 245,6 80% 61,4 20% - - - 1791, 1 0,71 218 0,82% 2,52 0,15% 0,46

КВЗ КВ-60КВП+М 319 191,4 60% 63,8 20% 63.8 20% 55,1 93,3 1706, 6 0,68 217 0,62% 1,98 0,15% 0,48

КВ4 КВ-60КВП+М(Б) 359 215,4 60% 71,8 20% 71.8 20% 62,4 105,6 1638 &6 215 0,8% 2,87 0,15% 0,54

ПЦ1 Цемент серый 383 383 - - - - 1713 0,56 214 0,65% 2,5 0,15% 0,57

ПЦ2 Цемент белый 451 451 - - - - 1665 0,47 212 0,65% 2,93 0.15% 0,68

В связи с этим, особенности зернового состава вяжущего и входящих в него минеральных добавок в значительной степени влияют на подвижность бетонных смесей, которая при увеличении дозировки мелкого заполнителя более интенсивно снижается в ряду: портландцемент -> КВ с содержанием клинкерной части 60% -> КВ с содержанием клинкерной части 80%, была осуществлена корректировка составов по удобоукладываемости. Ввиду наличия точек с различными зарядами на поверхности частиц вяжущего, образуется оболочка, сформированная молекулами пластификатора и водой, выполняющая роль смазки. Внутреннее трение в системе существенно снижается. Так, сухое трение между частицами песка заменяется на трение

через прослойку тонкодисперсных частиц в «антифрикционной» водной и ПАВ оболочке.

Итоговые составы мелкозернистого бетона класса В25 приведены в таблице 2, а результаты испытаний, в т.ч. оценки эффективности самоуплотнения, в таблице 3.

Таблица 3 - Сравнительные показатели свойств мелкозернистых бетонов класса В25 при само- и виброуплотнении (естественное твердение, 28 сут.)

Сост. Бетонная смесь Бетон

Вид уплотнения* Средняя плотность! бетона, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа Фактический класс бетона Зодопоглощение,"/, масс Морозостойкость, циклов

Средняя тлотность смеси кг/м3 Удобоуклады-ваемость OK, см Водоотделение (визуально)

KBI 2190 18 Незначительное СУ 2057 34,4 В25 6,9 >100

ВУ 2185 39,5 взо 6,1 -

КВ2 2205 17 Отсутствует СУ 2080 33,5 В25 \ 6J >100

ВУ 2190 38,4 B25 5,7

КВЗ 2214 18 Незначительное СУ 2058 35,7 В25 шшэ >150

ВУ 2130 39,0 ВЗО 4,7 -

КВ4 2250 18 Отсутствует СУ 2102 32,1 В25 4.8 "'150

ВУ 2160 35,6 В25 4,2 -

ПЦ1 2210 19 Незначительное СУ 2070. 33,6 В25 .5,7 >100

ВУ 2190 40,5 ВЗО 4 -

ПЦ2 2245 20 Незначительное СУ 2029 . 32,5 . В25 6.1" >100

ВУ 2156 38,7 ВЗО 4,2 -

* СУ - самоуплотнение. ВУ - виброуплотнение

Как видно из таблицы, проектный класс, с определенным запасом, достигался при самоуплотнении смесей. На диаграмме (рисунок 6) показано приращение прочности и плотности в результате самоуплотнения. Меньший прирост показателей композиционных вяжущих соответствует большей эффективности самоуплотнения.

Прочность бетонов на разработанных композиционных вяжущих во временном интервале 0-10 сут. в 1,25... 1,5 раза превышает прочность контрольных составов такого же класса на портландцементе. Причиной этого является боле высокая дисперсность частиц, а также уменьшенный, за счет наличия частиц минеральной добавки определенных размеров, объем свободного пространства между частицами композиционного вяжущего. При этом сокращается время, за которое новообразования заполняют свободный объем для получения прочного кристаллического сростка. Сродство применяемых минеральных добавок к портландцементу также способствуют образованию прочного пространственного каркаса.

14,8

14,6

I Прирост средней плотности (%) за счёт виброуплотнения

■ Прирост прочности (%) за счёт виброуплотнения

5,31

КВЗ КВ4

Состав

Рисунок 6 - Оценка эффективности самоуплотнения

Оценка структуры материала по скорости поглощения воды (рисунок 7) показала, что в отличии от обычного цементно-песчаного бетона, имеющего развитую сеть достаточно крупных капиллярных пор, позволяющих воде быстро проникать в центр материала, в самоуплотняющихся МЗБ на основе композиционных вяжущих имеет место другая схема насыщения материала водой. Капилляры служат транспортной системой для заполнения макропор сформированных воздухововлекающей добавкой.

Подобная структура строения порового пространства является более благоприятной с точки зрения обеспечения долговечности, ввиду того, что температура замерзания воды снижается при уменьшении диаметра капиллярной поры, и наличию достаточного свободного объема в виде ячеистых пор, для вытеснения воды из капилляров при промерзании от поверхности вглубь изделия. Меньшее количество и размер капиллярных пор облегчают их кольмагацию продуктами реакции, что замедляет протекание коррозионных процессов.

Себестоимость I м3 продукции при организации производства МАФ, по предварительным расчетам составит 9552 руб. (все цены указаны по

11111

О 60 120 180 240 300 360 Время нахождения в воде, мин

Рисунок 7 - Динамика водо-поглощения образцов

состоянию на сентябрь 2014 г). С учетом рыночной стоимости аналогичной продукции 20-50 тыс. руб/м3, ориентировочный срок окупаемости при аренде производственных площадей - 1 год, строительстве собственных - 4.. .6 лет.

Использование положений геоники позволяет решать не только практические вопросы организации среды обитания, создания конструктивных элементов, форм (рисунок 8), пространства, но и способствует, кроме улучшения эмоционального состояния человека, стимулированию творчества, гармонизации функций, чувственных ассоциаций и, в целом, оптимизации триады «человек-материап-среда обитания». Творения неорганического мира -кристаллы различных минералов, текстуры горных пород, могут являться архитектурными геоническими моделями, вызывающими позитивное восприятие у большинства людей. Архитектурная геоника позволяет разрабатывать новую тектонику архитектурных ансамблей, опираясь на творения неорганического мира, проектировать сооружения, органически вписывающихся в среду обитания в соответствии с геоморфологией, климатом, культурными традициями и т. д.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретически и практически подтверждена рабочая гипотеза о возможности получения высокоэффективных самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов для МАФ, на основе специальных композиционных вяжущих.

2. Важным аспектом обеспечения возможности получения самоуплотняющихся бетонов для изготовления МАФ является оптимизация зернового состава вяжущего, заключающаяся в нормированном увеличении доли частиц размерами менее 9 мкм, что возможно осуществить за счет помола совместно с определенными минеральными добавками.

3. Использование в составе КВ таких минеральных добавок, как отсевы дробления КВГ1 и мел, позволяют улучшить реологические характеристики паст на основе указанных вяжущих, снизив (в сочетании с суперпластификатором) напряжение сдвига при котором начинается течение, динамическую вязкость в широком диапазоне изменения градиента скорости сдвига, склонность смесей к структурированию, что важно при получении самоуплотняющихся бетонных смесей.

\

Рисунок 8 - Геониче-ская модель. В основе кристалл магнетита

4. Гидратация композиционных вяжущих протекает с образованием плотного кристаллического сростка имеющего высокую адгезию к заполнителю. Причиной этого является более плотная упаковка частиц в системе, вызванная оптимизацией зернового состава композиционных вяжущих в ходе их помола. Сокращение объема межзерновых пустот и повышение дисперсности вяжущего приводит к увеличению числа контактов между частицами, и, как следствие, ускоренному нарастанию прочности, и, при этом, созданию некоторого запаса негидратированных клинкерных минералов, необходимого для «залечивания» имеющихся и возникающих микродефектов.

5. Использование комплексной добавки (отсевы дробления КВП и мел) способствует связыванию свободной извести, выделяющейся при гидратации портладнцемента; повышает степень закристаллизованности новообразований, за счет создания благоприятных условий для их формирования.

6. Количество и вид минеральных добавок, а также дисперсность всех компонентов композиционного вяжущего формируют его емкость по адсорбции суперпластификатора. Добиваясь повышения этой емкости, т.е. максимальных значений эффективной дозировки, за счет минеральных добавок в составе КВ, можно повышать их пригодность для получения самоуплотняющихся бетонных смесей.

7. Установлена возможность получения материала с достаточно высокой степенью белизны на основе композиционных вяжущих с добавкой отсевов дробления КВП изначально имеющих серый цвет. Применение композиционного вяжущего на основе белого портландцемента с комплексной минеральной добавкой, позволяет получить высокую интенсивность цвета даже при высокой подвижности смеси. Причиной этого является более высокая концентрация пигмента в уменьшенном объеме межзернового пространства. Вероятность появления высолов и снижения интенсивности окраски в процессе эксплуатации при использовании композиционных вяжущих существенно ниже, чем при использовании портландцемента. Причиной этого является уменьшенное на 40% количество клинкерной составляющей (источника Са(ОН)2) и наличие в составе тонкомолотых отсевов дробления кварцитопесчаника способных связывать свободный гидроксид кальция.

8. Материалы на основе разработанных композиционных вяжущих не целесообразно подвергать тепловлажностной обработке, т.к. это приводит к снижению прочности на 25...35%. Причиной является быстрое обрастание клинкерных частиц продуктами гидратации ввиду уменьшенного, за счет оптимизации гранулометрии, свободного межзернового пространства. Рост кристаллов гидросиликатов кальция уже в раннем периоде происходит не в свободном объеме, а в ограниченном пространстве между соседними

частицами (в т.ч. минеральных добавок), что приводит к уплотнению гидратного слоя и снижения его проницаемости для воды.

9. При анализе динамики поглощения воды установлено, что в традиционном цементно-песчаном материале основной объем воды размещается непосредственно в капиллярной пористости, а в разработанных материалах капилляры служат транспортной системой для заполнения макропор. Подобная структура является благоприятной с точки зрения обеспечения долговечности.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В рецензируемых изданиях из перечня ВАК РФ

1. Дегтев, Ю.В. Эволюция малых архитектурных форм в России / Ю.В. Дегтев [Текст] // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, 2013. - № 1. - С. 41-45.

2. Лесовик, B.C. Вяжущие для малых архитектурных форм из самоуплотняющихся бетонов [Текст] / B.C. Лесовик, Ю.В. Дегтев,

B.В. Воронов [Текст] // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2014. - № 5. -

C. 85-90.

3. Lesovik Rusian V. Green composites in architecture and building material science [Text] / Ruslan V. Lesovik, Yury V. Degtev, Mahmud Shakama and Anastasiya A. Levchenko // Modern Applied Science, 2015. - Vol. 9. - No. I. -pp. 45-50.

В зарубежных изданиях

4. Лесовик, B.C. Малые архитектурные формы с использованием техногенного сырья [Текст] / B.C. Лесовик, В.Г. Голиков, Ю.В. Дегтев // Материалы VIII Международной научной конференции «Образование и наука на 21 век», 17-25 октября 2012 г. - София: «Бял Град-БГ ООД». Здание и архитектура. - 2012. № 45. - С. 26-33.

5. Lesovik, V.S. Small architectural forms in architectural geonic [Text] / V.S. Lesovik, Yu.V Degtev // «Science and Education»: materials of the II International research and practice conference Vol. I, Munich, December I8,h-I9'\ 2012 / Publishing office Vela Vertag Waldkraiburg, Munich, Germany, 2012. -pp. 639-643.

В сборниках трудов конференций

6. Дегтев, Ю.В. Малые архитектурные формы с использованием промышленных отходов [Текст] / Ю.В. Дегтев, В.Г. Голиков, // Сборник докладов Международной молодежной конференции «Экологические проблемы горнопромышленных регионов», 12-13 сентября 2012 г. / Министерство образования и науки РФ, Казанский национальный исследовательский технологический университет - Казань: Из-во КНИТУ, 2012.-С 95-100.

7. Дегтев, Ю.В. Зеленые композиты в архитектурно-строительном материаловедении [Текст] / Ю.В. Дегтев, Р.В. Лесовик, B.C. Мещерин, A.B. Гинзбург // Международная научно-практическая конференция,

посвященная 160-летию со дня рождения В.Г. Шухова «Архитектоника инженера В.Г. Шухова». - Москва, 213. - С. 167-170.

8. Дегтев, Ю.В. Строительные материалы для архитектурной геонйки / Ю.В. Дегтев, М.А. Фролова, М.А. Попов, A.A. Левченко [Текст] // Сборник статей по материалам XXXV Международной научно-практической конференции «Технические науки от теории к практике». - Новосибирск -июнь 2014. -№ 6 (31). - С.63-73.

9. Лесовик, Р.В. Заполнитель бетона из отходов промышленности для малых архитектурных форм [Текст] / Р.В. Лесовик, Ю.В. Дегтев // XIII Академические чтения РААСН «Научные и инженерные проблемы строительно-технологической утилизации техногенных отходов». 18-19 марта 2014 г. - Белгород. - С. 151-157.

Полученные объекты интеллектуальной собственности 10. Композиционные вяжущие. Свидетельство о регистрации ноу-хау № 20140019, 2014 г. B.C. Лесовик, Р.В. Лесовик, Ю.В. Дегтев.

ДЕГТЕВ Юрий Васильевич

Самоуплотняющиеся бетоны на композиционных вяжущих для малых архитектурных форм

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Подписано в печать 26.02.2015 г. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 73

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете

им. В.Г. Шухова 308012, г. Белгород, ул. Костюкова,46

î5~ - 3 8 3 1

2012476703

2012476703