автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Сухие строительные смеси для ремонтных работ на композиционных вяжущих

На правах рукописи

БЕЛИКОВ ДЕНИС АЛЕКСЕЕВИЧ

СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ РЕМОНТНЫХ РАБОТ НА КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

5 ДЕК 2013

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород 2013

005542253

005542253

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования « Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Лесовик Валерий Станиславович

Официальные оппоненты - Логаиина Валентина Ивановна

доктор технических наук, профессор, Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»,

зав.кафедрой «Стандартизации, сертификации и аудита качества»

- Ласман Ирина Александровна

кандитат технических наук, доцент, Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Брянская государственная инженерно-технологическая академия», доцент кафедра «Производства строительных материалов, изделий и конструкций»

Ведущая организация _ Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

Защита состоится " 26 " декабря 2013 года в П.00 часов на заседании диссертационного Совета Д.212.014.01 в Белгородском государственном

технологическом университете им. В.Г. Шухова по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, БГТУ им. В.Г. Шухова, ауд. 242.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.

Автореферат разослан " 26 " ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор 1 ¿? Г.А. Смоляго

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Строительные материалы при эксплуатации зданий и сооружений подвержены агрессивным воздействиям окружающей среды, к которым относятся изменения температуры и влажности, процессы выветривания, истирания, многообразие динамических нагрузок, химическая и биологическая коррозия и др. Это приводит к частичному или полному разрушению цементного композита. Необходимость в ремонте и реконструкции для продления сроков эксплуатации зданий и сооружений -это актуальная и многопрофильная задача.

Ремонту и реконструкции подвергаются каменные, бетонные и железобетонные конструкции, стыки панелей, элементы ЖКХ и т.д. Соответственно, для каждого случая необходимо подобрать состав, который бы обеспечивал хорошую адгезию, иногда, между разнородными (бетон-металл, керамический кирпич-бетон и др.) композитами и обеспечивал целостность и эксплуатационные свойства сооружения.

Условия для производства ремонтных работ и твердения композиций значительно более сложнее, чем при производстве строительных материалов в заводских условиях, поэтому разработанные составы должны обладать хорошей удобоукладываемостью при пониженном водо цементном отношении, низкой усадкой, быстрым набором прочности, высокой адгезией, достаточными деформационными характеристиками и др.

Диссертационная работа выполнена в рамках: тематического плана г/б НИР №12-Б-7.4211.2012 «Разработка теоретических основ ВКБ нового поколения с учетом генетических особенностей нанодисперсных модификаторов» на 2012-2014 гг., внутривузовского гранта «Геоника. Предмет и задачи. Реализация в строительном материаловедении» на 20122014гг., реализации программы стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012-2016 гг.

Цель работы. Разработка эффективных сухих строительных смесей (ССС) для ремонта и реконструкции зданий и сооружений с использованием комплексной органоминеральной добавки.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

исследование сырьевых ресурсов Курской магнитной аномалии (КМА) и разработка состава комплексного органоминерального модификатора (КОММ);

- изучение влияния КОММ на процессы твердения портландцемента;

- разработка составов ремонтных сухих строительных смесей (РССС) для восстановления целостности композитов;

- подготовка нормативных документов и реализация теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна. Предложены принципы повышения эксплуатационных характеристик ремонтных сухих строительных смесей с

использованием сырьевых ресурсов КМА и отечественных компонентов, заключающиеся в оптимизации матрицы за ^счет использования комплексного органоминерального модификатора; составляющие которого способствуют снижению капиллярной и росту гелевой пористости и уплотнению матрицы за счет синтеза новообразований второй генерации при взаимодействии активного кремнеземсодержащего компонента модификатора с СаО, выделяющейся при гидратации алита.

Установлена способность органоминерального модификатора управлять процессами структурообразования при твердении ремонтных смесей. Полиминеральность и высокая удельная поверхность модификатора вносят коррективы в процессы синтеза новообразований за счет пересыщения раствора, высокого разнообразия морфологии и зарядов минеральных частичек; полифункциональности. Это не может не отразиться на формировании кватаронов. Наличие в системе карбонатов, которые реагируют с алюмосодержащими фазами цемента с образованием игольчатых кристаллов гидрокарбонатов кальция, приводит к микроармированию матрицы цементного камня. Это приводит к повышению эксплуатационных характеристик ремонтных смесей.

Выявлен характер влияния состава и гранулометрии ремонтных смесей на усадку, деформативные характеристики, адгезию к восстанавливаемым частям зданий и сооружений, их долговечность. Применение полиминерального модификатора, в состав которого входят метаморфогенный кварц с разнообразными включениями и дефектной кристаллической решеткой, кальцит, аморфная и скрыто-кристаллическая фаза шлака, суперпластификатор, приводит к созданию высокоплотной структуры цементного камня, при этом, содержание капиллярных пор снижается на 20%, при росте гелевой пористости; происходит микроармирование матрицы, что приводит к росту адгезии к восстанавливаемому основанию на 30-50%, снижению усадочных явлений, повышении морозостойкости.

Практическая значимость работы.

1. Обоснована необходимость разработки композиционной органоминеральной добавки для управления процессами структурообразования строительных смесей, применяемых для ремонта кирпичных, бетонных и железобетонных конструкций.

2. Разработана технология производства органоминерального модификатора с использованием полиминеральной гетерозернистой неорганической составляющей и суперпластификатора; включающая совместный помол в вибрационной мельнице портландцемента, отходов мокрой магнитной сепарации (ММС), мела, шлака и суперпластификатора.

3. Предложена широкая номенклатура сухих строительных смесей для ремонта кирпичных, бетонных и железобетонных конструкций жилых и промышленных помещений, объектов ЖКХ, ремонта памятников и др.

Применение комплексного модификатора позволило улучшить эксплуатационные характеристики ремонтного слоя.

Внедрение результатов исследований.

Для внедрения результатов исследования разработаны нормативно-технические документы:

- стандарт организации СТО 38948084-006-2013 «Комплексный органоминеральный модификатор для ремонтных сухих строительных смесей»;

- технологический регламент на производство сухих строительных смесей для ремонта кирпичных, бетонных и железобетонных конструкций;

- рекомендации по использованию комплексного органоминерального модификатора.

Апробация производства разработанных ремонтных составов на основе ССС в промышленных условиях осуществлялась на ООО «ЭЦ «Экостройматериалы», испытания приготовленных сухих ремонтных смесей осуществлялись при проведении ремонтных работ пямятников и объектов ЖКХ г. Белгорода.

Теоретические положения диссертационной работы, результаты исследований и опытно-практическое внедрение использовались в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270106.65 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»; бакалавров по направлению 270800.62 «Строительство», магистерской программы «Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций» и «Инновации и трансфер технологии».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на Международной научно-практической конференции «Наука и молодежь в начале нового столетия» (г. Губкин, 2010), Международной научно-практической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (г. Белгород, 2011), Международной молодежной конференции 12-13 сентября «Экологические проблемы горнопромышленных регионов» (Казань, 2012), Международной конференции «Эффективные композиты для архитектурной геоники» (Белгород, 2013).

Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы изложены в 4 научных публикациях, в том числе, в 1 статье из Перечня ВАК, в 1 статье в международном рецензируемом издании, в 1 монографии. Зарегестрированы: Ноу-хау №20130039 «Комплексный органоминеральный модификатор» и Ноу-хау №20130038 «Метод испытаний на старение минеральных композитов».

На защиту выносятся: - причины повышения эффективности РССС за счет КОММ;

- особенности структурообразования ССС и оптимизации строительных ремонтных композитов;

а)

12:00 5-ю

300 350 400 450 500 550 600 Удельная поверхность, :т/кг

12:00 <а—г-»-

>:36 =—

-

С'ВТМ ЯИЦ

300 400 450 500 550 600 Удельная поверт кость, м/гт

12:00 И»-

-

: а т м

- тчаю г тшга

300 350 400 450 500 550 600 Удельная пов^жносткм/и-

Удельная поверх ность.ьт7л-

Рис. 7. Сроки схватывания цементно-шлаковых композиций в зависимости от

удельной поверхности шлака при содержании: а - 10%, б -20%, в - 30%, г - 40%

Сроки схватывания цементно-шлаковых композиций в зависимости от содержания и удельной поверхности шлака (рис. 7) показывают, что при увеличении содержания шлака и увеличении удельной поверхности начало и конец сроков схватывания сокращаются относительно бездобавочного цемента. Начало схватывания изменяется в пределах 120... 160 мин., а конец схватывания в пределах 180...240 мин. Полученные данные свидетельствуют, что увеличение удельной поверхности способствует активному протеканию процессов гидратации и структурообразования.

С увеличением содержания шлака отмечается тенденция к замедлению сроков начала схватывания, что объясняется повышенным содержанием белитовой фазы в системе.

С целью выбора эффективной добавки для композиционных вяжущих было изучено и установлено оптимальное содержание добавки «Линомикс» в количестве 0,5 %, обеспечивающее требуемые технологические характеристики при наименьшем ее расходе, что является технически и экономически эффективным.

Для получения высококачественных композиционных вяжущих необходимо обеспечение требуемых реологических характеристик суспензий «вяжущее -вода — суперпластификатор». Из полученных реологических характеристик установлено, что они являются типичными вязкопластичными суспензиями с достаточно высокими значениями предельного напряжения сдвига и

объеме низкоосновных гидросиликатов кальция и других новообразований.

а)содержание шлака 10%

составг состав* составе состав«

«Линомикс - 0,5%» «Линомикс - 1 %»

б) содержание шлака 20%

■ конец схватывания

4*8 -435-Л4Щ

состав! составДО состав!2 состав!* состав!6

состав! состав!! состав!3 состав15 состав! 7

«Линомикс - 0,5%»

«Линомикс - 1%»

Рис. 10. Зависимость сроков схватывания композиционных вяжущих от их удельных поверхностей, содержания шлака и добавки, составы: 1 - ЦЕМ142,5 Н (8уд=300 м2/кг); 2,3,10,11- 8уд=300 м2/кг; 4, 5,12,13 - 8уд=400 м2/кг; б, 7, 14,15 - 8уд=500 м2/кг; 8, 9, 16,17- 8уд=600 м2/кг

Подбор оптимальных составов композиционных вяжущих и исследование влияния отдельных компонентов на технологические и физико-механические свойства осуществлялись методом математического планирования эксперимента. Условия планирования эксперимента представлены в (табл. 1). Выходным параметром для подбора оптимального состава композиционного вяжущего служила прочность при сжатии в возрасте 28 суток твердения. Математическая обработка полученных результатов производилась с применением программы SigmaPlot.

Установлен, оптимальный состав композиционного вяжущего в зависимости от содержания добавки «Линомикс», удельной поверхности и дозировки шлака (рис. 12).

Таблица 2

Основные показатели качества ремонтных растворов, приготовленных на композиционных вяжущих (КВ) и комплексного органоминерального

№ п\п На крупнозернистых песках На мелкозернистых песках

Наименование показателя Технические Результаты испытаний Технические требования Результаты испытаний

КВ КОММ КВ КОММ

1. Наибольший размер зерен заполнителя, мм, не более 1,25 1Д5 1,25 0,63 0,63 0,63

2. Влажность смеси, %, не более 0,3 0,2 0,2 0,3 0,2 0,2

3. Подвижность, Пк Пк1 Пк1 Пк1 ПкЗ ПкЗ ПкЗ

4. Сохроняемоеть подвижности, мин., не менее 45 45 45 45 45 45

5. Прочность при сжатии, МПа, через: 1 сут. 3 сут. 28 суг. 20 40 37 52 42 64 10 30 45 13 35 58 19 47 68

6. Прочность при изгибе через 28 сут., МПа, не менее 5,0 6,5 7,2 5,0 7,3 7,9

7. Прочность сцепления с бетонным основанием через 28 сут., МПа, не менее 1,0 1,7 2,3 1,0 1,9 2,8

8. Деформации в возрасте 28 сут., %, не более(усадка) -0,1 0 0 -ОД 0 0

9. Морозостойкость, циклы не менее 50 60 75 не менее 50 60 75

Таким образом, с учетом предложенных принципов повышения эксплуатационных характеристик обосновано и разработано композиционное вяжущее, с использованием комплексного органоминерального модификатора, обеспечивающее снижение расхода клинкерной составляющей на 24%, увеличение межремонтных сроков и использование техногенного сырья.

Внедрение разработанных ремонтных составов на основе РССС с использованием комплексного органоминерального модификатора и с применением композиционных вяжущих и отсевов дробления кварцитопесчаника Лебединского ГОКа осуществлялось при проведении ремонтных работ пямятников и объектов ЖКХ Белгорода.

Предложена технологическая схема производства композиционных вяжущих и сухих ремонтных строительных смесей на их основе для поверхностных ремонтных работ на крупно- и мелкозернистом заполнителях, разработаны стандарт организации, технологический регламент и рекомендации по использованию комплексного органиминерального модификатора.

Экономическая эффективность производства и применения разработанных ремонтных смесей на основе сухих смесей с использованием композиционных

вяжущих, заключается в снижении себестоимости растворов за сче использования местного и техногенного сырья по сравнению с традиционн применяемыми сырьевыми материалами. Применение техногенного сырья буде способствовать не только удешевлению получаемого композиционног вяжущего, но и улучшению экологической обстановки региона за счет и использования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. За счет использования комплексного органоминерального модификатора составляющие которого способствуют снижению капиллярной и росту гелево пористости и уплотнению матрицы, вследствие синтеза новообразований второ генерации при взаимодействии активного кремнеземсодержащего компонент модификатора с СаО, выделяющейся при гидратации алита, оптимизирован матрица строительного раствора, приготовленного на основе ремонтных сухи смесей с использованием сырьевых ресурсов КМА.

2. С помощью органоминерального модификатора возможно управлени процессами структурообразования при твердении ремонтных смесей. За сче полиминеральности и высокой удельной поверхности модификатора создаются наиболее благоприятные условия для синтеза новообразований в цементно-минеральной системе за счет пересыщения раствора, высокого разнообразия морфологии и зарядов минеральных частичек, что создает наилучшие условия для формирования кватаронов. Присутствие в системе карбонатов, которые реагируют с алюмосодержащими фазами цемента с образованием игольчатых кристаллов гидрокарбонатов кальция, приводит к микроармированию матрицы цементного камня, что обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик ремонтных смесей.

3. Установлены закономерности влияния состава и гранулометрии ремонтных смесей на усадку, деформативные характеристики, адгезию к восстанавливаемым частям зданий и сооружений, их долговечность. Применение полиминерального модификатора, в состав которого входят метаморфогенный кварц с разнообразными включениями и дефектной кристаллической решеткой, кальцит, аморфная и скрыто-кристаллическая фаза шлака, суперпластификатор; приводит к созданию высокоплотной структуры цементного камня, при этом, содержание капиллярных пор снижается на 20%, при росте гелевой пористости; происходит микроармирование матрицы, что приводит к росту адгезии к восстанавливаемому основанию на 30-50%, снижению усадочных явлений, повышении морозостойкости.

4. Установлены особенности изменения реологических и технологических свойств ремонтных растворов на основе сухих смесей в зависимости от состава, удельной поверхности и различных дозировок добавок.

5. Повышение эффективности сухих ремонтных строительных смесей обеспечивается за счет оптимизации нано-, микро- и макроструктуры, путем использования композиционных вяжущих и комплексного органоминерального

юдификатора. Оптимизация структуры разработанных композитов позволила олучить ремонтные строительные растворы с высокими физико-механическими эксплуатационными свойствами на основе техногенного сырья.

6. Получены математические модели и их графические интерпретации в ависимости от количественного содержания сырьевых материалов, дозировки обавок. Полученная модель позволяет оптимизировать составы ремонтных месей, регулировать технологический процесс их получения, а также ффективно им управлять, поддерживая на заданном уровне выходной параметр.

7. Разработаны составы композиционных вяжущих для ремонтных растворов а основе комплексного органоминерального модификатора и ластифицирующей добавки, позволяющие при увеличении предела прочности ри сжатии и изгибе снизить расход высокоэнергоемкого цемента в растворах.

8. Определены оптимальные дозировки комплексного органоминерального одификатора в количестве 15% в сухие растворные смеси, обеспечивающего овышение предела прочности при сжатии и предела прочности при изгибе.

9. Для широкомасштабного внедрения результатов научно-исследовательской аботы были разработаны следующие нормативные и технические документы:

стандарт организации СТО 38948084-006-2013 «Комплексный органоминеральный модификатор для ремонтных сухих строительных смесей»; технологический регламент на производство сухих строительных смесей для ремонта кирпичных, бетонных и железобетонных конструкций; рекомендации по использованию комплексного органоминерального модификатора. Выпуск полупромышленной партии ремонтных сухих смесей проводился на ООО «ЭЦ «Экостройматериалы», испытания приготовленных сухих ремонтных смесей осуществлялись при проведении ремонтных работ пямятников и объектов ЖКХ г. Белгорода.

10. Экономическая эффективность производства и применения разработанных сухих ремонтных смесей на композиционных вяжущих с использованием комплексного органоминерального модификатора, заключается в снижении себестоимости растворов за счет использования местного и техногенного сырья по сравнению с традиционно применяемыми сырьевыми материалами. Применение техногенного сырья будет способствовать не только удешевлению получаемого композиционного вяжущего, но и улучшению экологической обстановки региона за счет их использования.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Беликов Д.А. Ремонтные смеси с использованием отходов КМА // Экологические проблемы горнопромышленных регионов: тезисы докладов Международной молодежной конференции 12-13 сентября (Казань, 12-13 сентября 2012г.).-Казань: Изд-во Казанского нац. иссл. техн. у-та, 2012.-С.26-29.

2. Belikov A.V, Lesovik V.S., Zagorodnuk L. H.,.Shkarin D.A., Kuprina A. Creating Effective Insulation Solutions, Taking into Account the Law of Affmity

БЕЛИКОВ Денис Алексеевич

СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ РЕМОНТНЫХ РАБОТ НА КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 19.11.2013. Формат 60x84/16. Усл. Печ. л. 1,33. Уч.-нзд. л. 1,43. Тираж 100 экз. Заказ № 433

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова. 308012, г. Белгород, ул. Костюкова. 46.

Белгородский государственный технологический университет

имени В.Г. Шухова

На правах рукописи

БЕЛИКОВ Денис Алексеевич

СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ РЕМОНТНЫХ РАБОТ НА КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор В.С. Лесовик

Белгород - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................................................................5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА....................................................................................................................................10

1.1. Предназначение ремонтных смесей....................................................................................10

1.2. Составы и свойства сухих ремонтных смесей............................................................13

1.3. Применение композитов для ремонта сухих ремонтных смесей............19

1.4. Повышение эффективности сухих ремонтных смесей....................................25

1.5. Выводы............................................................................................................................................................................................................33

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ.... 35

2.1. Методы исследований..........................................................................................................................35

2.1.1. Рентгенофазовый анализ................................................................................................................35

2.1.2. Растровый электронно-микроскопический анализ................................36

2.1.3. Определение гранулометрического состава........................................................36

2.1.4. Изучение свойств заполнителя..........................................................................................38

2.1.5. Изучение реологических характеристик цементных суспензий..........38

2.1.6. Изучение свойств растворных смесей........................................................................39

2.1.7. Исследования физико-механических характеристик......................................40

2.1.8. Определение прочности сцепления (адгезии) с основанием......................41

2.1.9. Метод математического планирования эксперимента..................................42

2.2. Применяемые материалы....................................................................................................................42

2.3. Методика получения композиционных вяжущих........................................................50

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОЦЕССОВ

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ РЕМОНТНЫХ СМЕСЕЙ....................................51

3.1. Сродство структур - принцип проектирования составов ремонтных

смесей........................................................................................................................................................................51

3.2. Классификация ремонтных смесей в зависимости от областей применения............................................................................. 64

3.3. Анализ состояния бетонных и железобетонных памятников, подлежащих ремонту ............................................................... 70

3.4. Разработка составов композиционных вяжущих для ремонта бетонных и железобетонных памятников на основе

шлакопортландцемента.............................................................. 80

3.5. Микроструктура цементного камня на композиционных вяжущих..... 102

3.6. Выводы................................................................................ 106

4. СВОЙСТВА РЕМОНТНЫХ РАСТВОРОВ В ЗАВИСИМОСТИ

ОТ СОСТАВА........................................................................................................................................................108

4.1. Ремонтные смеси с использованием техногенного сырья..............................................108

4.2. Композиционное вяжущее для ремонта с использованием комплексного органоминерального модификатора......................................................114

4.3. Старение материалов и разработка метода испытаний на старение минеральных композитов......................................................................................................................131

4.3.1. Общие понятия и виды старения............................................................................131

4.3.2. Разработка метода испытаний на старение минеральных композитов................................................................................................................................................139

4.3.3. Апробирование методики испытаний и результаты

испытаний..................................................................................................................................................146

4.4. Эксплуатационные характеристики ремонтных смесей..................................................148

4.5. Выводы..................................................................................................................................................................................................................155

5. ВНЕДРЕНИЕ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ..................................................................... 158

5.1. Технологическая схема производства сухих ремонтных строительных смесей............................................................ 158

5.2. Разработка нормативных документов....................................... 163

5.3. Технико-экономическое обоснование..............................................................................163

5.4. Выводы..........................................................................................................................................................................................................170

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ......................................................................................................................................................................................172

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................................................................................................175

ПРИЛОЖЕНИЕ............................................................................................................................................................................................191

ВВЕДЕНИЕ

Строительные материалы при эксплуатации зданий и сооружений подвержены агрессивным воздействиям окружающей среды, к которым относятся изменения температуры и влажности, процессы выветривания, истирания, многообразие динамических нагрузок, химическая и биологическая коррозия и др. Это приводит к частичному или полному разрушению цементного композита. Необходимость в ремонте и реконструкции для продления сроков эксплуатации зданий и сооружений -это актуальная и многопрофильная задача.

Ремонту и реконструкции подвергаются каменные, бетонные и железобетонные конструкции, стыки панелей, элементы ЖКХ и т.д. Соответственно, для каждого случая необходимо подобрать состав, который бы обеспечивал хорошую адгезию, иногда, между разнородными (бетон-металл, керамический кирпич-бетон и др.) композитами и обеспечивал целостность и эксплуатационные свойства сооружения.

Условия для производства ремонтных работ и твердения композиций значительно более сложнее, чем при производстве строительных материалов в заводских условиях, поэтому разработанные составы должны обладать хорошей удобоукладываемостью при пониженном водоцементном отношении, низкой усадкой, быстрым набором прочности, высокой адгезией, достаточными деформационными характеристиками и др.

Диссертационная работа выполнена в рамках: тематического плана г/б НИР №12-Б-7.4211.2012 «Разработка теоретических основ ВКБ нового поколения с учетом генетических особенностей нанодисперсных модификаторов» на 2012-2014 гг., внутривузовского гранта «Геоника. Предмет и задачи. Реализация в строительном материаловедении» на 20122014гг., реализации программы стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012-2016 гг.

Цель работы. Разработка эффективных сухих строительных смесей

(ССС) для ремонта и реконструкции зданий и сооружений с использованием комплексной органоминеральной добавки.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- исследование сырьевых ресурсов Курской магнитной аномалии (КМА) и разработка состава комплексного органоминерального модификатора (КОММ);

- изучение влияния КОММ на процессы твердения портландцемента;

- разработка составов ремонтных сухих строительных смесей (РССС) для восстановления целостности композитов;

- подготовка нормативных документов и реализация теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна. Предложены принципы повышения эксплуатационных характеристик ремонтных сухих строительных смесей с использованием сырьевых ресурсов КМА и отечественных компонентов, заключающиеся в оптимизации матрицы за счет использования комплексного органоминерального модификатора; составляющие которого способствуют снижению капиллярной и росту гелевой пористости и уплотнению матрицы за счет синтеза новообразований второй генерации при взаимодействии активного кремнеземсодержащего компонента модификатора с СаО, выделяющейся при гидратации алита.

Установлена способность органоминерального модификатора управлять процессами структурообразования при твердении ремонтных смесей. Полиминеральность и высокая удельная поверхность модификатора вносят коррективы в процессы синтеза новообразований за счет пересыщения раствора, высокого разнообразия морфологии и зарядов минеральных частичек; полифункциональности. Это не может не отразиться на формировании кватаронов. Наличие в системе карбонатов, которые реагируют с алюмосодержащими фазами цемента с образованием игольчатых кристаллов гидрокарбонатов кальция, приводит к микроармированию матрицы цементного камня. Это приводит к повышению

эксплуатационных характеристик ремонтных смесей.

Выявлен характер влияния состава и гранулометрии ремонтных смесей на усадку, деформативные характеристики, адгезию к восстанавливаемым частям зданий и сооружений, их долговечность. Применение полиминерального модификатора, в состав которого входят метаморфогенный кварц с разнообразными включениями и дефектной кристаллической решеткой, кальцит, аморфная и скрыто-кристаллическая фаза шлака, суперпластификатор, приводит к созданию высокоплотной структуры цементного камня, при этом, содержание капиллярных пор снижается на 20%, при росте гелевой пористости; происходит микроармирование матрицы, что приводит к росту адгезии к восстанавливаемому основанию на 30-50%, снижению усадочных явлений, повышении морозостойкости.

Практическая значимость работы.

1. Обоснована необходимость разработки композиционной органоминеральной добавки для управления процессами структурообразования строительных смесей, применяемых для ремонта кирпичных, бетонных и железобетонных конструкций.

2. Разработана технология производства органоминерального модификатора с использованием полиминеральной гетерозернистой неорганической составляющей и суперпластификатора; включающая совместный помол в вибрационной мельнице портландцемента, отходов мокрой магнитной сепарации (ММС), мела, шлака и суперпластификатора.

3. Предложена широкая номенклатура сухих строительных смесей для ремонта кирпичных, бетонных и железобетонных конструкций жилых и промышленных помещений, объектов ЖКХ, ремонта памятников и др. Применение комплексного модификатора позволило улучшить эксплуатационные характеристики ремонтного слоя.

Внедрение результатов исследований.

Для внедрения результатов исследования разработаны нормативно-технические документы:

стандарт организации СТО 38948084-006-2013 «Комплексный органоминеральный модификатор для ремонтных сухих строительных смесей»;

- технологический регламент на производство сухих строительных смесей для ремонта кирпичных, бетонных и железобетонных конструкций;

- рекомендации по использованию комплексного органоминерального модификатора.

Апробация производства разработанных ремонтных составов на основе ССС в промышленных условиях осуществлялась на ООО «ЭЦ «Экостройматериалы», испытания приготовленных сухих ремонтных смесей осуществлялись при проведении ремонтных работ пямятников и объектов ЖКХ г. Белгорода. Теоретические положения диссертационной работы, результаты исследований и опытно-практическое внедрение использовались в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270106.65 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»; бакалавров по направлению 270800.62 «Строительство», магистерской программы «Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций» и «Инновации и трансфер технологии».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на Международной научно-практической конференции «Наука и молодежь в начале нового столетия» (г. Губкин, 2010), Международной научно-практической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (г. Белгород, 2011), Международной молодежной конференции 12-13 сентября «Экологические проблемы горнопромышленных регионов» (Казань, 2012), Международной конференции «Эффективные композиты для архитектурной геоники» (Белгород, 2013).

Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы изложены в 4 научных публикациях, в том числе, в 1 статье из Перечня ВАК, в 1 статье в международном рецензируемом издании, в 1 монографии. Зарегистрированы: Ноу-хау №20130039 «Комплексный органоминеральный модификатор» и Ноу-хау №20130038 «Метод испытаний на старение минеральных композитов».

На защиту выносятся: - причины повышения эффективности РССС за счет КОММ;

- особенности структурообразования ССС и оптимизации строительных ремонтных композитов;

- характер влияния добавки модификатора на эксплуатационные свойства восстановительных объектов;

- зависимости влияния количества минеральных и органических добавок, различных удельных поверхностей разработанных составов смесей на физико-механические и технологические показатели;

- технология производства ССС и их оптимальные составы.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 196 страницах текста, включающего 26 таблиц, 46 рисунков, списка литературы из 152 наименований, 6 приложений.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 1.1. Предназначение ремонтных смесей

Мировой и отечественный опыт показал высокую эффективность применения сухих ремонтных смесей и их преимущества по сравнению с традиционными растворами на основе цемента и песка. Использование такого рода материалов позволяет с высокой производительностью и в сжатые сроки проводить ремонтные работы в различных отраслях.

Предназначение сухих смесей, как и эксплуатационные особенности, напрямую зависит от состава. По назначению их можно разделить на несколько основных и специальных видов. К основным видам относятся, прежде всего, кладочные, плиточные, штукатурные смеси для внутренних и фасадных работ, смеси для устройства стяжек или наливных полов. В свою очередь, к числу специальных сухих строительных смесей относятся составы, используемые для укрепления основания, гидроизоляционные смеси, составы для работы на мокрых или засоленных поверхностях, смеси для заделки стыков, составы для фасадных работ, шпаклевочные, пескобетонные смеси [1-3].

Дефекты бетонных и железобетонных изделий и конструкций, как правило, возникают в процессе эксплуатации под влиянием механических воздействий, вибраций, агрессивных сред, поэтому, для формирования безусадочной долговечной цементной матрицы ремонтного раствора в рецептурах этих материалов предпочтительней использовать цементы на основе клинкера нормированного состава. Направленное структурообразование микро- и макроструктуры растворов осуществляется использованием комплекса добавок модификаторов и оптимальным фракционным составом заполнителей и наполнителей.

При выборе материалов для конструкционного ремонта всегда следует учитывать, что выбранный ремонтный материал должен обеспечить

прочностные характеристики и совместимость с телом бетона существующей конструкции, что является гарантией качества ремонта [4,5].

Это соответствие является обязательным, так как ремонтная система должна выдерживать все усилия и напряжения, возникающие в процессе эксплуатации, не теряя своих заявленных характеристик, и не разрушаясь от воздействия внешних агрессивных факторов, действующих в конкретных условиях окружающей среды в течение заданного времени [6,7]. Кроме этого, коэффициенты линейного расширения ремонтного состава и ремонтируемого бетона должны быть одинаковы, так как их различие более чем в 1,5 раза приводит к значительным напряжениям в контактной зоне и является причиной коробления, шелушения, растрескивания ремонтного материала. Ниже приведены обязательные этапы производственных работ, которые разработаны с учетом применения высокотехнологичных ремонтных материалов (рис. 1.1):

ЭТАПЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ

И

Подготовка поверхности (удаление разрушенного бетона, насыщение водой)

тг

Защита арматуры от коррозии

Восстановление массива бетона

Уход за восстановленной поверхностью

рц

Рис. 1.1. Этапы производственных работ с учетом применения высокотехнологичных

ремонтных материалов

Ремонт железобетонных конструкций предполагает создание

композитной системы, основными элементами которой являются тело бетона существующей конструкции, контактная поверхность и ремонтный материал. В связи с этим главным свойством ремонтного материала на основе сухих строительных смесей является обеспечение совместимости, безусадочности и высокой адгезии с телом бетона существующей конструкции [8].

Современные ремонтные материалы на основе сухих строительных смесей должны обеспечивать (рис. 1.2):

Рис. 1.2. Требования к современным ремонтным материалам на основе сухих

строительных смесей

Многообразие �