автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Структура и свойства бетонов с компенсированной усадкой на вторичных заполнителях

.Го Оп

-8 СЕН У--

На правах рукописи

ЕГОРОЧКИНА ИННА ОЛЕГОВНА

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА БЕТОНОВ С КОМПЕНСИРОВАННОЙ УСАДКОЙ НА ВТОРИЧНЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ

Специальность 05.23.05. - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону, 1998.

Работа выполнена в Ростовском государственном строительном ушшерстсге

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук; профессор Айрапстов Г. А.

кандидат технических наук, доцент Несветаев Г. В.

Заслуженный деятель науки и техники РФ, академик РААСН, доктор технических наук, профессор Крылов Б .А.

кандидат технических наук, доцент Питерская Э.Г.

институт «Ростовский ПроыстройНИИпроект»

Защита диссертации состоится «29 » сгмти8~/в# 1998 г. в на

заседании специализированного совета Д 063.64.01. в Ростовском государственном строительном университете по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, ауд. 232.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан « 20 » дЯъиета- 1998г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук, профессор

Научные руководители -

Официальные оппоненты -

Ведущая организация - АО

Селезнев мг-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Снижение стоимости железобетона и расширение сырьевой базы за счет использования различных отходов является одной из актуальных проблем современного строительства как в нашей стране, так и за рубежом. Рациональное использование отходов предприятий сборного железобетона и строительных объектов позволяет вовлечь в хозяйственный оборот миллионы тонн вторичного сырья в виде заполнителя тяжелого бетона и арматуры, а также освободить земельные территории, отведенные под складирование отходов и. тем самым, снизить общую загрязненность окружающей среды. При переработке отслуживших свой срок конструкций либо некондиционного материала, появившегося в результате стихийных бедствий или чрезвычайных обстоятельств, полученный вторичный заполнитель в раде случаев неизбежно содержит до 35 % по объему ннзхсмодульные включения (НМВ) в виде дробленого легкого бетона.

Одной из важнейших причин снижения качества железобетонных конструкций на основе портландцемента является развягис усадочных деформаций н внутриструиурных напряжений в бетоне, которые в случае использования вторичных разномодульных заполнителей, вследствие их структурных особенностей, проявляются ещё интенсивнее, что вынуждает принимать дополнительные меры для повышения эксплуатационных свойств железобетонных конструкций и вынуждает ограничивать область их применения.

Радикальным способом снижения и регулирования усадочных деформаций в бетоне является применение расширяющихся цементов ззводсхого изготовления (РЦ) или расширяющихся вяжущих, получаемых путем механического смешивания портландцемента с расширяющими добавками (РД).

Положительный тффект применения бетонов с регулируемым расширением в сборных и монолитных железобетонных сооружениях граждански-

го и промышленного назначения предопределяет актуальность применение расширяющихся цементов заводского изготовления или введения рацио нального количества расширяющей добавки в состав портландцемента дл: повышения основных показателей назначения бетонов на вторичных разно модульных заполнителях посредством регулирования усадочных деформа цнй и напряжений в микро- и макрооСгьемах структуры для снижения по следствий деструктивных процессов, вызванных повышенной усадкой.

Целью диссертационной работы является исследование структуры 1 свойств бетонов с компенсированной усадкой ш вторичных заполнителях I разработка предложений по нормированию основных показателей назначе ння бетонов для проектирования и производства бетонных и железобетонные конструкции массового потребления.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующш задачи:

- исследовать структуру бетонов на портландцементе и цементе с рас ширяющей добавкой на вторичных заполнителях, в том числе с нгокомо дульными включавший;

- изучить кинетику собственных деформаций бетонов на портландцементе и цементе с расширяющей добавкой на вторичных заполнителях, в тол-числе с низкомодульными включениями;

- установить основные закономерности изменения прочностных и де-форматнвных характеристик бетонов на портландцементе и цементе с расширяющей добавкой на вторичных заполнителях, в том числе с низкомо-ду льны ми включениями;

- изучить влияние временных параметров механической обработки на основные свойства различных вторичных заполнителей;

Научная ковкзяа работы;

- теоретически обосновала и экспериментально подтверждена возможность получения бетонов с компенсированной усадкой на вторичных заполнителях, в том числе с ннзэсомодулышын включениями;

- установлены закономерности изменения прочностных и деформативиых свойств бетонов на вторичных заполнителях, а такав остаточного, после стабилизации усадочных деформаций, расширения бетонов от концентрации расширяющей добавки, вида и объемного содержания низкомодульных включений;

- дополнены методики проектирования составов бетонов на вторичных заполнителях, в том числе с низкомодульными включениями и предложен коэффициент качества вторичных заполнителей, численно равный отношению плотностей в куске вторичного и природного заполнителей;

- изучены состояние и свойства переходной зошл контакта «заполнитель -цементно-песчаная матрица» с различными вторичными заполнителями и показано положительное влияние низкомодульных включений на формирование структуры бетона, а также характер влияния сульфоалюминатной расширяющей добавки на однородность структуры бетона на уровне матрица-заполнитель;

- усовершенствована модель Хирча-Доугилла и показана её применимость для расчета модуля упругости бетонов на вторичных разномодульных заполнителях как многокомпонентной системы: «цемекпю-песчаная матрица («старая», «новая») - плотный вторичный заполнитель - пористый вторичный заполнитель».

Автор защищает:

- теоретические положения и результаты комплексных исследований по особенностям формирования структуры и свойств бетонов с компенсированной усадкой на вторичных заполнителях;

- предложения по нормированию основных показателей назначения бетонов на портландцементе н цементе с расширяющей добавкой для проектирования и производства конструкций массового потребления;

- результаты исследований поровой структуры и микротвердости цементного камня в основном объеие материала и в контактных зонах с различными вторичными и природными заполнителями;

- оптимальные временные параметры механической обработки вторичного заполнителя, в том чнезе ншхтакшульного;

- дополнения к методикам проектирования составов бетонов па вторичных разномодульных заполнителях и к модели Хирча-Доугилла для расчета модуля упругости в указанных бетонах, а также способ определения модуля упругости заполнителя в бетоне;

«-» - рекомендации по применению бетонов с компенсированной усадкой на вторичных смешанных заполнителях.

Практическое здя^еиде работы:

- разработаны технологические основы получения бетонов с компенсированной усадкой т вторичных разномодульных заполнителях;

- разработаны рекомендации по проектированию составов портлавдце-ментных бетонов классов В25 - В40 на вторичных разномодульных заполнителях и бетонов с компенсированной усадкой классов В40 - В55 на вторичных разномодульных заполнителях;

- разработаны рекомендации по применению бетонов с компенсировагтой усадкой на вторичных смешанных заполнителях (Ростов-на-Дону: АО институт «Ростовский ПромсгройНИИпроект», 1998.};.

- обобщены и дополнены классификации способов переработки некондиционного бетона и железобетона, способов механической обработки вторичных заполнителей и классификация вторичных заполнителей по области их применения н содержанию низкомодульных включений;

- разработен ta уровне изобретения способ определения модуля упругости заполните®! в бетоне;

Дег i »ийгт»осгк исследований обеспечена использованием действующих государственных стандартов и поверенного оборудования при испытаниях матсряавоз, методов математического планирования исследований и обработка экспериментальных данных, современной вычислительной техники и программного обеспечения, количества контрольных образцов-близнецов, обеспечивающего доверительную вероятность 0,95 при погрешности не более 10 %, а также использованием комплекса современных методов исследований: ДТА, РФ А. оптической и электронной михроскопии.

Аппобандз работы и пгуйлзкащда

Диссертационная работа выполнялась в период с 1994 по 199S гг. нз кафедрах технологии строительного производства и строительных материалов Ростовского государственного строительного университета. Основные положения диссертации обсуждались на:

- региональных научно-технических конференциях Ростовского государственного строительного университета ( 1995 - 1996 гг.):

- международных научно-практических конференциях. (Ростов-на-Дону 1997 - 1993 гг.).

Основные положения диссертации отражены в семи опубликованных работах.

Объем я структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Изложена на 260 страницах. включая 90 рисунков, 40 таблиц, 171 литературный источник.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дастся краткий обзор литературы по теме диссертации. Отмечено, что с проблемой нов юркого использования некондиционною бетона и железобетна о к-чест венные и зарубежные ученые столкнулись

особенно остро после второй мировой войны, когда объем разрушенных зданий и сооружений был очень велик. В настоящее время в сложившихся социально-экономических условиях и в связи с обострением экологической обстановки интерес к этой проблеме во всем мире заметно повысился.

Разработкой теоретических и практических основ применения вторичных заполнителей в строительстве занимались: П.И. Глужге, Б.В. Гусев, Г.И. Евстратов, ВА Загурскин, Б.А. Крылов, ОА Линей, В.П. Свиридов, Н.В. Скобелева, АЛ. Тарасова и другие, а также зарубежные исслздовягели: А. Аджукевич, А. Бак, А. Клизчевич, О. Коллинз, М. Мальхотра, С. Нисибая-сн, Г. Огто, Р. Пдогер, Б.-О. Спир, Ф. Фрещднстоу-Яннас, Т. Хансен и др.

Способы получения вторичных заполнителей из бетонного лома и их свойства изучены достаточно полно. Установлены пониженные плотность, прочность, достаточная морозостойкость и повышенная усадка бетонов на вторичных заполнителях, опубликованы рекомендации н нормы, в том числе международные, по применению таких заполнителей в бетонах классов В 12,5 - В25. Опыт применения вторичного заполнителя, в том числе с ннзкомо-дульными включениями (НМВХ для бетонов более высоких классов н системное изучение их показателей назначения в литературе практически не освещается, хотя рекомендации ЕКБ/ФИП предусматривают возможность его применения в бетоне класса В50/60.

Причина снижения основных эксплуатационных свойств поргландце-ментных бетонов связана с развитием усадочных деформаций, которые в случае использования вторичных заполнителей с НМВ проявляются ещё интенсивнее, что приводит к нарушению структурной целостности бетона.

Для уменьшения последствий собственных деформаций и внутри-структурных напряжении посредством их регулирования в НИИЖБе, МХТИ, РГСУ и др. разработаны расширяющиеся вяжущие и технологии их применения, использование которых позволяет частично или полностью компенси-

ровать усадочные деформации и получать бетоны с регулируемым расширением.

Проблеме использования расширяющихся кяз)щих в строительстве посвящены работы ГА. Айрапетова. МИ. Бейлянон. Л.И. Будагянц, А.Й. Звездова, Т В Кузнецовой, СЛ. Литвера, Г.М. Маршросова, В.В. Михайлова, Г.В. Несветаева, А.И. Осокина, АЛ. Панченхо, Ф.М. Фридмана, И.Я. Харченко, А.Е. Шейкина, Э.З. Юдовича и других.

Бетоны с регулируемым расширением отличаются от портшщщемент-ных повышенными механическими характеристиками и стойкостью к температурным, влаашостным н коррозионным воздействиям. Для компенсации усадочных деформаций и улучшения строителыкьтехнических свойств бетонов на вторичных разиомодульных заполнителях представляется целесообразным использование расширяющихся вяжущих на основе портландцемента, модифицированного рациональным количеством расширяющей добавки

(РД).

Во второй главе приводятся характеристики используемых материалов и методик исследований. Для приготовления портландцеменпшх и модифицированных расширяющей добавкой бетонов были использованы бездобавочный портландцемент М 500 ГОСТ 10178 Новороссийского завода «Октябрь», сульфоалюминатная расширяющая добавка на основе глиноземистого цемента и двуводного гипса, количество которой устанавливалось планом исследований. Приготовление расширяющегося вянущего осуществлялось путем совместного помола в шаровой мельннце портландцемента с расширяющей добавкой.

В работе использовались разномодульные вторичные заполнители фракции 5 - 20 мм. полученные дроблением тяжелых и легких бетонов на плотных (гранит, известняк) и пористых (керамзит) заполнителях. В качестве эталона, использовался известняковый щебень фракции 5 - 20 мм по I (ХЛ' 8267 (далее - природный заполнитель), кварцевый песок для строительных

работ по ГОСТ 10268. Содержание НМВ в составе вторичных заполнителей устанавливалось на основе анализа проектной документации зданий серии 1-464А, К-7. Оценка пригодности вторичных заполнителей производилась по ГОСТ 10268-80, ГОСТ 8269-76, а также в соответствии с предложенным автором коэффициентом качества вторичного заполнителя (ТС,), численно равным отношению плотностей в куске вторичного и природного заполнителей. Определение модуля упругости вторичных заполнителей в бетоне определялось но разработанной с участием автора методике. Показатели назначения бетонов определялись по стандартным методикам. Обработка экспериментальных данных выполнялась методами математической статистики.

В третьей главе на основе анализа литературных данных выявлены рациональные способы и временные параметры механической обработки вторичных заполнителей и предложены классификации способов разру шения некондиционного бетона и железобетона, способов механической обработки вторичных заполнителей, а также классификация вторичных заполнителей по содержанию НМВ. Рассмотрены рациональные области применения вторичных разномодудьных заполнителей.

Предложен коэффициент качества вторичных залолшггелей (КД который можно записать в виде:

К3=р,/р2>0,92, (1)

где р] и рг - соответственно плотности в куске вторичного н природного заполнителей, определенные по ГОСТ 8269.

Определено количество растворного компонента на вторичном заполнителе, которое составляет 15 - 30 % на граните, 20 - 45 % - на известняке, 50 - 75 % - на керамзите, и установлена идентичность прочностных свойств вторичных заполнителей, полученных в результате дробления бетонов низкой и высокой прочностей.

Данный факт объясняется тем, что при дроблении щебень из низкопрочного бетона практически полностью отделяется от слабой растворной

матрицы, а щебень, полупенный из высокопрочного бетона, покрыт прочно сцепленной с ним растворной матрицей, также характеризующейся высокой плотностью и прочностью.

Для улучшения качества вторичных заполнителей рекомендован кратковременный помол (2-4 минуты) в шаровой мельнице, позволяющий снизить процент растворной составляющей на вторичных граните и известняке соответственно до15 и 25 % (рис. 1). Обработка дробленого керамзитобетона нецелесообразна вследствие резкого увеличения объема мелкой фракции.

0 12 3

Д-8 те.»*ихпь обрзботгц яда

р...... .. . ..... 1.

"с !

Кэ

0,88 0,9 0,92

0.91 0,% 0,58 б

Рис.1. Влияние длительности механической обработки на качество вторичного заполнителя: а)о-гранита; п-иззсстняха; А-керамзита; б) зависимость дробимосги от К, вторичных заполнителей: гратгшых в сухом (•) н водонасыщепном (о) состояниях; известняковых в сухом (я) и водонасышенпом (а) состояниях

В четвертой главе изложены результаты исследований структуры бетонов на вторичных разномодульных заполнителях на основе портландцемента и цементов с расширяющими добавками. Результаты исследований микротвердости цементного камня и конгахтных зон подтверждают снижение дефектности структуры бетонов, содержащих РД, что проявляется в повышении значений микротвердости цементного камня и контактных зон, а также однородности результатов микротвердости, оцениваемых коэффициентом вариации (табл. 1).

Таблица 1

Микротпердость матрицы и контактных зон (КЗ) бетонов на различных цементах

ХАРАКТЕРИСТИКА i 1Щ ПЦ + 10% РД 1Щ1-20»4 РД

Средни микрогасрдость мэтримы, МПа Коэффициент вариации мнкротвердастн, % 3322 34,4 4015 18,6 11,8

Средняя инкротвердоегь КЗ с плотный заполнителей, МПа Коэффициент вариации инкротаердост, % Ширии котгктной зоны, мши ¡Т466 26,2 35-60 4112 19,4 40-65 4308 15,9 80-90

Среда ил ш пфотвсрдость КЗ с пористым заполнителей, MITa Коэффициент ьгридцин шжромсрдостн, % Ширина когггжпюй зоны, ихи 4530 19,1 135-140 4572 20,3 140-165 5464 12,4 140-190

Срс&ая итрстердость КЗ со «старой» аатршан, МШ Коэффициент вариации мтсфотгердостн, % Ширина котахпюй зоны, toot 3388 15,1 137-145 3743 16,4 153-170 4435 11,7 168-170

Рентгенофазовым и дифференциально-термическим анализами установлено. что повышение качества контактных зон со вторичными заполнителями обусловлено наличием на их поверхности гидрзтных образований цементного камня, близких по своей структуре и химическому составу к кристаллизующимся новообразованиям, что способствует формированию прочных изоморфных и эпитаксиал&ных контактов срастания между однотипными кристаллами. С введением РД существенно повышаются свойства контактной зоны между вторичными заполнителями и цементной матрицей, что объясняется снижением величины внешней контракции практически до нулевых значений, в то время как в портландцементных бетонах в результате развития внешней контракции, наоборот, наблюдается ослабление зоны контакта цементной матрицы с заполнителем.

Положительная роль РД проявляется в формировании благоприятной поровой структуры бетона, прежде всего в сокращении количества и размеров капиллярных пор и усадочных трещин. В результате структура цементного камня портландцемента, модифицированного РД обеспечивает повышение водонепроницаемости и морозостойкости, что подтверждается снижением величины объемного водопоглощения на 20- 25%. показателя среднего

размера капиллярных пор 1а 38-51% при повышении степени однородности размера капиллярных пор ма 20 %.

тивных характеристик бетонов на портландцементе и цементах с расширяющими добавками на вторичных разномодульных заполнителях. Установлено, 'по бетоны на вторичных заполнителях с низкомодульными включениями характеризуются повышенными в 1.5-3 раза усадочными деформациями по сравнению с бетонами на природных заполнителях (рис. 2). Показано, что введение оптимального количества расширяющей добавки, наряду с известными технологическими приёмами, позволяет практически полностью компенсировать усадку бетонов на вторичных разномодульных заполнителях. Для таких бетонов, после стабилизации усадочных процессов, характерны остаточные деформации расширения (0,1-0,2 мм/м), что оказывает положительное влияние на формирование свойств бетонов.

-~-пц<-) -—пц<0%) -*-пц(17%) -*-пш34%) -»- РД-10(0ЭД — РД-10<17%) _^-РД-10(3«Ц РД-ЗОТ%) —рд-20( 17%) рд-зхз**)

Установлено, что предел прочности при сжатии бетона на вторичных заполнителях с низкомодульиыми включениями составляет 70 94 % прочности бетона на природном заполнителе, чти необходимо учитывать при подборе состава бетона. Для предварительного назначения ц/в отношения предлагается зависимость:

В пятой главе приводятся результаты оценки прочностных и деформа-

-0.03

Рис.2. Развитие собственных деформаций бетонов.

Ц/В=2,0 (Ц = 400 кг/м3)

R - 0.63 a [1Л - 0.1 l(îtyB)] Ru (Ц/В - 0.5), (2)

где а = 1 0.01*{ 1MB при ИМИ < 15%. о = 0.82 при НМВ свыше 15 %;

При отсутствии данных о фактическом содержании НМВ предлагается формула:

Ri,у ~ Rre (р/2.4)2'36 , (3)

где Rjy -прочность бетона на вторичных заполнителях, МПа;

Rtb -прочность бетона равного ц в на природных заполнителях, МГ1а; р - плотность бетона, т/м3.

По результатам испытаний 22 серий образцов бетона класса ВЗО. изготовленных в течение месяца, определены значения коэффициентов вариации прочности бетонов на вторичном и природном заполнителях и установлено, что использование вторичного заполнителя одной партии не оказывает существенного влияния на изменение коэффициента вариации прочности бетона, который для бетонов на вторичном и природном заполнителях составил соответственно 5,2 н 4,5 %.

Кинетики роста прочности (Rt) бетонов на вторичных и природных заполнителях может быть описана формулой:

Rc = 0.95 Ку Rjg ехр [Кц (0.95 - O.OBR^) ( 1- (28 / т)05)], (4 )

где Rjs - предел прочности бетона после 28 суток твердения в нормальных условиях (НУ);

т - время твердения бетона после окончания влажностного ухода; К„= 1.0 для ПЦ; 1.15 для бетонов с РД;

Ку - коэффициент, зависящий от вида цемента и степени "зрелости * бетона к моменту окончания влажностного ухода, принимаемый по табл. 2.

Таблица 2

Значения коэффициента Ку в формуле (4 )

Отосятелыш прочность к мо- Количество рзепшриошей добл ежи, %

нету оксаизизи ухода R,, % 0 10 20

50 0,85 0,865 0,65

70 0,90 0,92 0,84

80 0,92 1 0,94 0,93

85 0,93 0,95 0,97

100 0,95 0,97 1,10

Установлено, что соотношение между хубиковой и прнзмегаюй прочностью дяз бетодаз на вторичных разномодульных заполнителях можно записать в виде:

09. (5)

Предел прочности при растяжении (Я,) удовлетворительно описывается зависимостью вида;

К, = аЯ0'4, (б)

где а = 0,290 (V ~ 0,102) - для портландцементных бетонов на природных заполнителях;

а = 0,269 (V = 0,125) - для портландцементных бетонов на вторичных

заполнителях с НМВ; а = 0,277 (V = 0,077) - для бетонов с РД на вторичных заполнителях с НМВ.

Понижение предела прочности при растяжении портландцементных бетонов на вторичных разномодульных заполнителях рекомендуется учитывать понижающим коэффициентом к нормативным сопротивлениям Ru и R«,,, равным 0,9. При одинаковой прочности на сжатие прочность на растяжение бетонов с компенсированной усадкой в среднем на 10 - 15 % выше, чем у портландцементных бетонов, поэтому введение понижающих коэффициентов к нормативным сопротивлениям R* и Rbtn не требуется.

Одной из важнейших характеристик деформатнвкых свойств бетона является его модуль упругости. Снижение модули упругости бетонов на вторичных разномодульных заполнителях рекомендуется учитывать понижающим коэффициентом, равным 0,85 при содержании НМВ свыше 15 % и 0,9 - при содержании НМВ до 15 Введение РД до 20 % приводит к повышению модуля упругости на 8 - 10% в сравнении с портлацдцеметгтным бетоном (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость модуля упругости бетона от содержания НМВ:

--дляЕюо =20ГПа;

---для Еще = 2 ГПа;

о- 1Щ; А-ПЦИ0%РД; е- 1Щ+20%РД

При определении модуля упругости бетонов прочностью 30 - 60 МПа с плотностью 2000 - 2300 кт/м3 на вторичных разномодульных заполнителях наилучшую сходимость обеспечивает общая для всех бетонов зависимость:

0.05Я^ +57 Ев —

1 + -

29

(7)

3.8 +Я

где к:, Кг - коэффициенты, характеризующие общую объемную

концентрацию и упругие свойства крупного заполнителя.

Для расчета модуля упругости бетонов на вторичных разномодульных

заполнителях предлагается математическое выражение:

т

1

______^ЧХЧ" | уУЧ | №

Ез Есцм Ек\ Ецм

, (8)

где Е о, Ез, Е ецм ,Егри, Екз/. Е кз? - соответственно модули упругости бетона, вторичного заполнителя, «старой» цементно-песчаной матрицы,

цементно-песчаной матрицы; контактной зоны I (между запол-нитеяем и «старой» цементно-песчаной матрицей) и контактной зоны 2 (между «старой» и «новой» цскентпо-песчаными матрицами); Рз, Ре**, Pip., Pai ,<р*,2,- соответственно абсолютная объемная

ютщентрация вторичного западпнгеда, «старой» цементпо-песчгшой матрицы, цсментно-песчшгсй кзтргщы, контактной зоны 1 (между заполнителем и «старой» цементно-песчаной матрицей) и контактной зоны 2 (между «старой» я «новой» цемеятно-песчаиыми матртщми).

На основе формулы (8) на уровне изобретения разработан с участием автора способ определенна модуля упругости, позволяющий по результатам стандартных испытаний при минимальной трудоемкости и высокой достоверности определять модуль упругости исследуемого заполнителя.

Относительные деформанипск, соответствующие пределу кратковременной прочности при сжатей, у бетонов на вторичных разномодульных заполнителях в исследованном диапазоне прочности (34,6 - 52,0 МПа) изменяются в интервале (178 - 210)-10*5. Бетоны с расширяющими добавками на вторичных разло,модульных заполнителях обладают более высокой предельной деформативностью по сравнению с порглацдцементными бетонами. Установлено, что для бетонов с компенсированной усадкой прочностью от 36,0 до 62,2 МПа значения величин Sr изменяются соответственно в интервале (222 - 236)-10 3, что на 8 - 12 % выше, чем в равнопрочных тяжелых бетонах, в связи с чем в случае использования РД указанную характеристику рекомендуется применять с коэффициентом 1.1. Для определения величины er предлагается следующая формула:

BR = ( 0,0216 (р /2,4) + 0.0364 X Rp/F-o )°'5 , (9)

где р - плотность бетона, т'м3;

Rt - предел прочности бетона при растяжении. МПа;

Е0 - начальный модуль упругости при сжатии, МПа.

Относительные деформации соответствующие пределу кратковре менной прочности при растяжЕНии в зоне образования трещины бетон о! ш вторичных разномодульных заполнителях изменяются в интервале (12 ЗОУЮ"3. «Предельные» деформации при растяжении бетонов с компеи сироааннон усадкой на вторичных разномодуяышх заполнителях возрастают на 28 - 46 % по сравнению с равнопрочными гсэртландцементными бетонам» на природных заполнителях и составляют (29 - 32)' 10 5 (рис. 4).

«п й*_

Рис. 4. Зависимость "предельной" растяжимости от содержания расширяющей добавки в бетонах на вторичных заполнителях (Фу1 в - тагселый бетон (т/б) на граните; □ - тяжелый бетон иа известняке; рд к Ц/В=2,0 (Ц = 400 кг/м3).

Я

я И

- С55 :) гЗа и ш

Ш- щ 4

1 1

дхп т№

аЫу

Величину «предельной» растяжимости при испытаниях по стандартной методике предлагается определять по формуле :

= Аеи (КМЕо) °'т, (10]

где Ас^ = 0,4 - для тяжелого бетона;

Аеи = 0,43 - для бетонов на вторичных разномодульных заполнителях Ш - предел прочности бетона при растяжении, МПа; Ео - начальный модуль упругости при сжатии, МПа.

Проведенные исследования структуры бетона позволяют констатировать, что повышение «предельной» растяжимости бетонов с компенсированной усадкой на вторичных заполнителях, в т.ч. с НМВ, обусловлено формированием более прочного сцепления между компонентами бетона, в результате его структура способна воспринимать большие упругопластическне деформации до достижения предела прочности при растяжении.

В бетонах на вторичных разномодулыгых заполнителях, характеризующихся высокой прочностью сцеЦйетяя компонента, введение РД приводит к дополнительному повышению границ микротрещинообразования - верхней на 28 - 32 %, нижней - на 14 - 18 % (рис. 5). Это является следствием меньшей неравномерности распределения деформаций и напряжений между вторичными заполнителями и растворной матрицей, механические свойства которых более близки, чем в обычных бетонах.

Рис. 5. Границы микротрещянообразоаания: □ - верхняя; а - нняняя бетонов на вторичных заполнителях с НМВ (17%); ЩВ=2,0 (Ц = 400 хг/м3).

Для определения уровня параметрических точек бетонов на вторичных разномодульных заполнителях предложены следующие зависимости;

/ Ирг - 0,4 (101?рг) - 0,5; (11)

я"« / Ирг- 0,418 (10 Крг)- 0,175, (12)

где Rpr — призменная прочность бетона, МПа;

К°от, ЯУСТС - величина напряжений, соответствующая первой и второй параметрическим точкам, МПа.

Проведенные испытания опытной партии железобетонных перемычек пля зданий с кирпичными стенами ПБ-10 (ГОСТ 94884) показали, что они удовлетворяю! требования соответствующих стандартов и технических условий.

О 10 20 тб РД. %

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения бетонов с компенсированной усадкой на вторичных разномодульных заполнителях.

Получат корреляционные зависимости между основными показателями назначения и пределом прочности при сжатии бетонов на основе портландцемента и цемента с расширяющейся добавкой на вторичных заполнителях, в том числе с низкомодулышми включениями, позволяющие разработать систему нормативного обеспечения для проектирования и производства бетонных и железобетонных изделии широкой номенклатуры.

Для конструкционных бетонок классов В40 - В55 на вторичных разно-модульных заполнителях рекомендуется использовать бетонные смеси с В/Ц отношением 0,4 - 0,5 при содержании портландцемента в пределах 400 - 500 кг/м3 или 340 - 400 кг/м3 портландцемента с сульфоадюминатной расширяющей добавкой до 20 %; коэффициентом раздвижки зерен а = 1,1 — 1,35; содержанием низкомодульных включений фракции 10 - 20 до 15 % от объема заполнителей.

2. Предложен коэффициент качества вторичных заполнителей (КД численно равный отношению плотностей в куске вторичного и природного заполнителей. Установлено, что количество растворного компонента на крупном гранитном заполнителе составляет до 30 %; известняковом - до 45 %. керамзите - до 75 %. Предложены оптимальные временные параметры механической обработки, заключающейся в помоле в шаровой мельнице вторичных гранитных заполнителей не более 2 минут, известняковых - не более 4 минут. Показано, что дополнительная обработка дробленого керамзнтобе-тона нецелесообразна вследствие резкого увеличения объёма мелких фракций.

3. Введение сульфоалюминапюй расширяющей добавки в состав портландцемента в количестве 8-15 % от массы цемента обеспечивает остаточ-

нов, после стабилизации усадочных процессов, расширение бетона на плотных вторичных заполнителях порядка 0,05 - 0.15 ммм. Компенсация усадочных деформаций бетонов на вторичных заполнителях с низкомодульными включениями (до 35 %) обеспечивается введением сульфоашомннатной расширяющей добавки в количестве 15 - 20 % от массы цемента.

4. Установлено, что содержание низкомодульных включений в количестве до 35 % в составе вторичных заполнителей оказывает положительное влияние на формирование структуры бетона и приводит к ускорению процессов гидратации на поверхности вторичных заполнителей за счет формирования прочных изоморфных и эпигакснальных контактов срастания между однотипными кристхтлами на поверхности заполнителей и новообразованиями цементной матрицы. Доказано, что бетоны с компенсированной усадкой на вторичных разномодульных заполнителях характеризуются меньшей дефектностью структуры по сравнению с обычным тяжелым бетоном, что проявляется в повышении значений микротвердости цементного камня и контактных зон в 1.1-1,4 раза при повышетот однородности значений мнк-ротвердосш в 1.41-2.15 раза.

5. Установлено, что введение рационального количества расширяющей добавки позволяет получать бетоны на вторичных заполнителях равнопрочные в сравнении с обычным тяжелым бетоном. Соотношение между кубизсо-вой и призменной прочностями бетонов на портландцементе и цементе с расширяющей добавкой на вторичных разномодульных заполнителях следует принимать по известным для тяжелых бетонов зависимостям. Коэффициент вариации прочности бетонов на вторичных разномодульных заполнителях практически не отличается от аналогичной характеристики бетона на природном щебне.

6. Изменение предела прочности при растяжении портландцементных бетонов на вторичных разномодульных заполнителях рекомендуется учитывать понижающим коэффициентом к нормативным сопротивлениям 1?ы и ,

равным 0,95. При проектировании конструкций из бетонов с компенсировав ной усадкой введения понижающих коэффициентов к нормативным сопр тивдениям Ии и Иь» не требуется.

7. Снижение модуля упругости бетонов на вторичных разномодульны заполнителях рекомендуется учитывать понижающим коэффициентом, рш ным 0,85 при содержании низкомодульных включений свыше 15 % и 0,9 при содержании низкомодульных включений до 15 %. Модуль упругости бе тонов с компенсированной усадкой на вторичных разномодульных заполни телях соответствует модулю упругости равнопрочного бетона на природно» щебне.

8. Показана применимость усовершенствованной модели Хирча-Доутиллг для расчета модуля упругости бетонов на вторичных разномодульных запол нителях как многокомпонентной системы: «плотный (пористый) вторичный заполнитель - «старая» растворная матрица - «новая» растворная матрица», устанавливающей зависимость модуля упругости бетона от абсолютного объема и деформативных характеристик компонентов бетонной смеси. На основании предложенной многокомпонентной модели на уровне изобретения разработан с участием автора способ определения модуля упругости заполнителя в бетоне.

9. Относительные деформации при сжатии (ск) и растяжении (еи) портпандцементных бетонов на вторичных разномодульных заполнителях принимаются как для обычного тяжелого бетона. Применение расширяющих добавок обеспечивает повышение величин ек на 8 - 12 % и - на 10 - 20 %, что рекомендуется учитывать коэффициентом к величинам е« и ею , равным 1,1.

10. Повышение границ микротрещинообразования в бетонах на вторичных заполнителях с повышением концентрации низкомодульных включений

до 35 % составляет 25 -28 % для верхней границы К°стс и 12 -15 % - для

нижней границы ЯУСГС. В бетонах с компенсированной усадкой на вторичных

„О „V

разномодульиых заполнителях значения величин R « я R ш повышаются соответственно на 23 - 32 % н 14 - 18 %.

11. Разработаны «Рекомендации по применению бетонов с компенсированной усадкой на смешанных вторичных заполнителях» и проведены испытания опытной партии железобетонных изделий, которые показали целесообразность применения бетонов с компенсированной усадкой па вторичных разномодульиых заполнителях для производства бетонных и железобетонных конструкция.

Осяозяые результаты диссертации оаубяяковэны я слвдуювцп работах:

1. Айрапетов Г.А., Несветаев Г.В., Егорочкина И.О. Влияние организационно-технологических факторов переработки вторичного заполнителя на свойства бетона // Материалы международной научно-практической конференции: Тезисы докладов. — Ростов н/ Д: РГСУ, 1997.-С.12 - 13.

2. Егорочкина И.О. Пут повышения эффективности бетонов на вторичных заполнителях. // Материалы международной научно-практической конференции: тезисы докладов. - Ростов н / Д: РГСУ, 1997. С.42 - 43.

3. Егорочкина И.О. Прочность бетонов на вторичных заполнителях с низкомодульными включениями // Материалы международной научно-практической конференции: Тезисы докладов. - Ростов н / Д: РГСУ, 1998. -С.9- 10.

4. Айрапетов Г.А, Несветаев Г.В., Егорочкина И.О. Строительно-технические свойства конструкционных бетонов на вторичных заполнителях с низкомодульными включениями!! Бетон и железобетон. Стройиздат. 1997.6.-С. 15-18.

5. Несветаев Г.В., Коробкин АП., Егорочкина И.О.. Ефремова И.А. О закономерностях роста прочности бетонов н неблагоприятных условиях твер-

дения // Вопросы технологии бетона и проектирования железобетонных конструкций. Ростов-на-Дону: СевкааНИПИагром, 1998-С.41 -44.

6. Айрапетов Г'.А., Несветаев Г'.В., Вартанова В Н., Егорочкина И.О., Ефремова И.А. Способ определения модуля упругости заполнителя. Заявка № 96116367. Решение о выдачи патента от 7 нюня 1997 г.

7. Рекомендации по применению бетонов с компенсированной усадкой на вторичных смешанных заполнителях. - Ростов-на-Дону: АО институт «Ростовский ПромстройНИИпроекг», 1998. - 24 с.

ЛР № 020818 от 20.09.93. Подписано в печать 30.06.98. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-нзд л. 1.0. Тираж 70 экз. Захаз /8?

Редакционно-издательский центр Ростовского государственного

строительного университета.

344022. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.