65435

ВЛАСТИВОСТІ І ТЕХНОЛОГІЯ ПІНОБЕТОНУ, МОДИФІКОВАНОГО ОКСИДАМИ ЗАЛІЗА

Автореферат

Архитектура, проектирование и строительство

Метою досліджень є одержання пінобетону з високою міцністю при стиску і зниженими усадкою та проникністю шляхом удосконалювання його структури складу властивостей і параметрів виробництва за рахунок застосування комплексної добавки що складається із поліспирту та речовини що містить залізо.

Украинкский

2014-07-30

234.5 KB

3 чел.

PAGE  1

НАЦІОНАЛЬНА  АКАДЕМІЯ ПРИРОДООХОРОННОГО ТА КУРОРТНОГО БУДІВНИЦТВА

                       

шишкіна  олександра  олександрівна

                                УДК 691.32

ВЛАСТИВОСТІ І ТЕХНОЛОГІЯ ПІНОБЕТОНУ,

МОДИФІКОВАНОГО ОКСИДАМИ ЗАЛІЗА

Спеціальність 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Сімферополь – 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі технології будівельних виробів, матеріалів та конструкцій Криворізького технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

   Астахов Валентин Іванович,

    Криворізький технічний університет Міністерства

    освіти і науки України, декан будівельного

    факультету.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

  Шейніч Леонід Олександрович,

  Державне підприємство «Державний науково-  

  дослідний інститут будівельних конструкцій»

  Міністерства регіонального розвитку і будівництва

України завідувач відділу технології виготовлення

  залізобетонних конструкцій

 

  доктор технічних наук, доцент

  Шинкевич Олена Святославівна, 

    Одеська державна академія будівництва і

    архітектури Міністерства освіти і науки України,      завідувач кафедри процесів і апаратів в технології

будівельних матеріалів та виробів.

Захист відбудеться «8» грудня 2010 року   о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 52.079.01 Національної академії природоохоронного та курортного будівництва, за адресою: 95006, м. Сімферополь, вул. Павленка, 3, навчальний корпус 2, зала засідань ради.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національної академії природоохоронного та курортного будівництва за адресою: 95006, м. Сімферополь, вул. Павленка,3, навчальний корпус 2.

Автореферат розісланий «2» листопада 2010 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради     М.П. Лук’янченко


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На будівельні конструкції будинків і споруд здійснює постійний вплив навколишнє середовище, змінюючи фізико-механічні властивості матеріалів, з яких виготовлені ці конструкції, і, як наслідок, впливає на їхню довговічність. Це приводить до необхідності передбачати, при реконструкції будинків і споруджень, заходи щодо підвищення їхньої довговічності шляхом зниження температурного впливу навколишнього середовища.  

Крім того, одним з найважливіших факторів, які визначають вартість експлуатації будинків і споруджень, є величина витрат на підтримку в них необхідного температурного режиму. Будівельні конструкції існуючих будинків і споруд проектували на основі норм, які вже не відповідають сучасним вимогам за теплопровідністю й вимагають виконання конструктивних заходів щодо її зменшення.  

Одним з ефективних матеріалів для захисту від теплових впливів навколишнього середовища, які мають низьку теплопровідність, є ніздрюваті бетони. Проте, вони не мають достатню міцність при стиску, що обмежує їхнє застосування в будівництві.   

Тому завдання одержання ніздрюватих бетонів, які мають досить високу міцність при стиску та знижені усадку і проникність, представляє значний науковий і практичний інтерес, а його рішення актуально.  

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалася  за координаційним планом Міністерством освіти і науки України (завдання 22 – «Створення нових ефективних будівельних матеріалів, виробів і конструкцій на основі речовин органічного і неорганічного походження, технологій та устаткування для їх виробництва»), відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України від 26 квітня 2004 року № 684 «Про затвердження програм розвитку виробництва ніздрюватих бетонних виробів та їх використання на 2005-2010 роки», а також п. 7 плану науково-дослідних робіт навчально-науково-виробничого комплексу «Будіндустрія» (створеного наказом Міністра освіти і науки України від 20 травня 2000 року № 76).   

Мета й завдання досліджень. Метою досліджень є одержання пінобетону з високою міцністю при стиску і зниженими усадкою та проникністю шляхом удосконалювання його структури, складу, властивостей і параметрів виробництва за рахунок застосування комплексної добавки, що складається із поліспирту та речовини, що містить залізо.

  Звідси випливають наступні завдання досліджень:  

  - виконати аналіз процесів структуроутворення й формування властивостей ніздрюватих бетонів;   

  - вивчити   вплив   на   властивості   ніздрюватого  цементного   каменю

комплексної добавки, що складається із поліспирту та речовини, що містить залізо;

 - розробити оптимальні склади такої комплексної добавки;   

 - визначити вплив складу пінобетону, що містить комплексну добавку на його властивості;  

  - визначити вплив технології виготовлення пінобетону на його властивості;  

 - провести промислову перевірку й визначити економічну ефективність пінобетону, що містить  комплексну добавки, яка складається із поліспирту та речовини, що містить залізо.

Об'єкт досліджень – закономірності формування властивостей і технологія пінобетону, що містить комплексну добавку, яка складається із поліспирту та речовини, що містить залізо.

Предмет досліджень - пінобетон, що містить комплексну добавку, яка складається із поліспирту та речовини, що містить залізо.

Методи досліджень:  

1) методи математичного моделювання - для дослідження процесів формування структури й фізико-механічних властивостей бетонів;  

2) стандартні й спеціальні методи для визначення й дослідження властивостей цементного тесту, бетонної суміші й бетону;  

3) статистичний аналіз - для обробки результатів експериментів.

Наукова новизна отриманих результатів:  

- теоретично обґрунтовано й експериментально підтверджене підвищення міцності при стиску та зниження усадки та проникності  пінобетону за рахунок введення в його склад комплексної добавки, що складається із поліспирту та речовини, що містить залізо;  

- уперше доведено, що модифікація структури пінобетону комплексною добавкою, яка складається із поліспирту та речовини, що містить залізо, що полягає в утворенні на внутрішній поверхні пор бетону міцного прошарку кальцієвих солей поліспирту та збільшення в цементному камені кількості новотворів, які містять значну кількість хімічно зв'язаної води, призводить до підвищення міцності при стиску та зниження усадки та проникності пінобетону;

- установлений механізм дії комплексної добавки на властивості пінобетону, що полягає в модифікації його структури;

- визначенні оптимальні співвідношення між компонентами комплексної добавки.  

Практичне значення отриманих результатів:  

- розроблено склади пінобетону, який містить комплексну добавку, яка складається із поліспирту та речовини, що містить залізо, що має високу міцність при стиску та знижені усадку та проникність;  

   - удосконалено  метод  проектування  складів  пінобетону,  який містить  комплексну добавку, що дозволяє  враховувати,  як   властивості    ком-

понентів даного бетону, так і наявність у ньому комплексної добавки.  

Результати роботи впроваджені товариством з обмеженою відповідальністю «Проспект-СМ» із загальним річним економічним ефектом 223884 грн. у цінах 2007 року.  

Особистий внесок здобувача полягає в:

- теоретичному обґрунтуванні й експериментальному підтвердженні механізму одержання пінобетону з високою міцністю при стиску і зниженими усадкою та проникністю шляхом удосконалювання його структури, складу, властивостей і параметрів виробництва за рахунок застосування комплексної добавки, що складається із поліспирту та речовини, що містить залізо;  

- визначенні оптимального складу комплексної добавки;  

- розробці технологічних прийомів готування пінобетону, що містить комплексну добавку, яка складається із поліспирту та речовини, що містить залізо;

- виконанні експериментів та обробці їх результатів.

Особистий внесок здобувача у наукові роботи:

- отримано експериментальні дані властивостей пінобетону, модифікованого залізовміщуючими мінеральними комплексами [1,2,3].

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися на ІІ Міжнародній науково–практичній конференції «Ячеистые бетоны и силикатный кирпич в современном строительстве: технология производства, опыт использования» (Київ, 2007), Міжнародній науково–практичній конференції «Енергозбереження  в будівництві. Тепло- та звукоізоляційні матеріали. Фасади. Фасадні системи. Сухі будівельні суміші» (Київ, 2008), Сьомій всеукраїнській науково-технічній конференції «Будівництво в сейсмічних районах України» (Ялта, 2008), Восьмій науково-технічній конференції «Сталезалізобетонні конструкції: дослідження, проектування, будівництво, експлуатація» (Кривий Ріг, 2008), Міжнародній науково-практичній конференції «Енергозбереження в будівництві. Тепло- та звукоізоляційні матеріали. Фасади. Фасадні  системи. Сухі будівельні суміші. Гіпс. Вироби з гіпсу» (Київ, 2009), Третій всеукраїнській науково-технічній конференції «Сучасні технології бетону» (Київ, 2009).

 Публікації.  Матеріали дисертації освітлені 9 статтях у тому числі 8 у фахових виданнях.

Структура і обсяг дисертації. Повний обсяг дисертації становить 178 сторінок. Основна частина роботи викладена на 140 сторінці та складається із вступу, п'яти розділів, висновків і містить 15 таблиць та 107 рисунка. Крім основної частини, дисертація включає список використаних джерел зі 165 найменувань та додатка на 2 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність дисертації, сформульована мета і задачі досліджень, зазначено найбільш важливі положення, закономірності, що отримані автором і мають наукову і практичну цінність.

У першому розділі на основі аналізу відомих праць Симонова М. З., Бородської Р. М., Кевеш П. Д. та інших визначено напрямки формування порової структури бетону. Яка за загальновідомими даними М. Боломєя, Б. Р. Скрамтаєва, Ю. М. Баженова впливає на основні фізико-механічні властивості бетону. Роботами ж Кривенка П.В., Рунової Р.Ф., Вирового В.М., Чернявського В.Л., Шейніча Л.О., Шишкіна О.О. та інших показано, що основним фактором, який дозволяє регулювати фізико-механічні характеристики штучного каменю є фактор направленого регулювання його мікроструктури на стадії коагуляційно-кристалізаційних процесів, що забезпечують направлений синтез і швидкість кристалізації, а також морфологію гідратних фаз, обсяг порового простору, розмір пор і ступінь їхньої рівномірності в обсязі штучного каменю. Управління властивостями ніздрюватого цементного каменю може реалізуватись у напрямку регулювання фазового складу продуктів гідратації, зміни співвідношення мінеральної та органічної, кристалічної та гелєвидної фаз, коригування порової структури. При цьому морфологія, пористість, щільність і хімічний склад - це взаємозалежні фактори, що визначають характер структури та властивості бетону.

У свою чергу, будова і взаємозв'язок елементів мікроструктури цементного каменю, розмір і характер пор, співвідношення між фазовими складовими залежать від складу продуктів гідратації, що визначаються хіміко-мінералогічним складом вихідних в'яжучих речовин та добавок, у тому числі залізовмісних та органічних, і кількістю води замішування, за умови дотримання оптимальної технології приготування й укладання бетонної суміші, терміну і режиму твердіння. Ці підходи дозволяють отримати ніздрюваті бетони з високими фізико-механічними характеристиками. Однак недостатня і, підчас, суперечлива інформація про зміну фізико-механічних властивостей таких бетонів не дозволяє належним чином прогнозувати стабільність їх властивостей.

Виходячи з аналізу інформації про структуру пінобетону, який, за даними Фридрихсберга Д. А., являє собою затверділу піну, впливу структурних характеристик в'яжучих систем, що твердіють, на властивості штучного каменю, а також про способи управління мікро- і макроструктурою цементів, у тому числі таких, що модифіковані залізом, дозволили висунути робочу гіпотезу, яка полягає у наступному: модифікація структури пінобетону комплексною добавкою, що складається із поліспирту та речовини, яка містить залізо, дозволить одержати пінобетони, що володіють високою міцністю та зниженими проникністю та усадкою за рахунок утворення на поверхні його пір кальцієвих солей поліспирту та зменшення ступеня адсорбції піноутворювача на поверхні частинок цементу.

У другому розділі наведено характеристики сировинних матеріалів, використаних для виготовлення модифікованих ніздрюватих бетонів.

Як основну в'яжучу речовину використовували цементи, які виготовляють різні заводи України (табл.1,2).

Таблиця 1

Хімічний склад використаних цементів

Завод – виробник

Вид і марка цементу

Вміст оксидів, %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

ВАТ «Донцемент»

ПЦ 400

24,52

4,63

5,27

60,35

ВАТ «Балцемент»

ПЦ 400

22,34

5,26

4,58

66,23

ВАТ «Кривий Ріг

цемент»

ПЦ 400

22,86

4,42

2,82

58,52

Таблиця 2

Основні властивості цементів

Цемент

Нормальна

густина,

%

Термін

тужавіння, хв.

Міцність

при вигині, МПа

Міцність при стиску, МПа

поча-ток

кінець

7

діб

28

діб

7

діб

28 діб

ВАТ «Донцемент»

26,5

105

260

4,3

6,6

29,7

42,7

ВАТ «Балцемент»

25,5

132

280

4,6

6,9

28,8

43,1

ВАТ «Кри-

вий Ріг це-мент»

27,0

137

390

4,7

7,1

29,3

42,8

Модифікування і коригування складів здійснювалися введенням до складу в'яжучої речовини мінеральної й органічної добавок та їх комплексів.

Як залізовмісний компонент використовували сполуки заліза – FeО, Fe2O3, відходи збагачення залізних руд і гірські породи Криворізького залізорудного родовища. Як органічний компонент добавки прийняті поліспирти: пропандіол-1,2,3; пропандіол-1,3; бутандіол-1,3; пропанол-1,2,3; 2,3 диметилбутандіол-2,3; етандіол-1,2; триметилолпропан.

Для  дослідження пористої  структури  цементного  каменю   на   рівні

мікро- і капілярних пор було використано метод d-сушіння. Визначення фазового складу вихідних речовин і продуктів гідратації здійснювали за допомогою комплексу фізико-хімічних методів дослідження: рентгенофазового та хімічного аналізів.

Стабільність властивостей в'яжучих і бетонів на їх основі оцінювали за динамікою та величиною змін фізико-механічних характеристик отриманих бетонів.

Обґрунтовано вибір факторів впливу при математичному плануванні експерименту, а саме: вміст та склад комплексної добавки та вид цементу.

У третьому розділі представлено дослідження механізму створення і стабілізації фізико-механічних властивостей ніздрюватого цементного каменю. У першу чергу було визначено вплив залізовміщуючого компоненту на властивості піни, цементного тіста та цементного каменю. Дослідами встановлено, що його введення до складу дисперсної системи «піноутворювач – вода» призводить до збільшення кратності піни, а його введення до системи «портландцемент – піноутворювач – вода», призводить до збільшення кратності цементного тіста, тобто відношення об'єму спіненого цементного тіста до його об'єму без піноутворювача. В умовах експерименту встановлено, ступінь впливу залізовміщуючого компоненту на фізико-механічні властивості спіненого цементного тіста та спіненого цементного каменя залежить від наявності та кількості органічного компоненту комплексної добавки.

В умовах експерименту найбільше збільшення об'єму (найбільша величина кратності) та найбільша стійкість спостерігається у системи «портландцемент – піноутворювач – залізовмісний компонент комплексної добавки – органічна складова комплексної добавки», яка містить в якості органічної складової комплексної добавки пропандіол-1,2,3 (рис. 1).

Збільшення ступеня поризації даної системи у порівнянні із системою «портландцемент – піноутворювач – вода» може бути пояснено здатністю залізовміщуючого компонента адсорбувати та міцно утримувати на своїй поверхні пухирці повітря, як це відбувається при збагаченні залізних руд методом флотації. Завдяки цьому менше втрачається пухирців повітря з піни при отриманні спіненого цементного каменю.

 

Рис. 1. Вплив поліспирту (Х1) та залізовміщуючого компоненту (Х2)

на кратність спіненого цементного тіста

Оптимальний за ступенем збільшення об'єму системи «портландцемент – комплексна добавка – піноутворювач – вода» склад комплексної мінерально-органічної добавки характеризується вмістом мінерального компонента у кількості 0,5…1,2% від маси цементу, поліспирту – 0,2…0,5% від маси системи «портландцемент - мінеральний компонент комплексної добавки».

В умовах експерименту, як введення до складу цементного тіста комплексної мінерально-органічної добавки, так і збільшення водоцементного відношення, приводить до зменшення в'язкості цементного тіста.

Данні експериментів свідчать про те, що  введення  до  складу  цемент-

ного тіста комплексної мінерально-органічної добавки (КМОД) декілька збільшує щільність отриманого цементного каменю (рис. 2). При цьому вміст води в цементному тісті також впливає на його щільність.

Рис. 2. Вплив залізовміщуючого компоненту (Х2) та поліспирту (Х1)

на щільність спіненого цементного каменя

Деяке збільшення щільності спіненого цементного каменю, отриманого в результаті твердіння дисперсної системи «цемент – вода – піноутворювач – поліспирт – залізовміщуючий компонент», пояснюється утворенням в його структурі речовин на основі заліза, що містять значну кількість хімічно зв'язаної води. Крім того, наявність поліспирту, з врахуванням його значної водоутримуючої здатності, обумовлює наявність у спіненому цементному камені значної кількості фізично (адсорбційний) зв'язаної води. А кольматація його пір продуктами взаємодії поліспирту з оксидами багатовалентних металів сприяє збереженню усередині них значної певної води.

В умовах експерименту введення в цемент комплексної мінерально-органічної добавки приводить до зменшення величини відкритої пористості цементного каменю, отриманого в результаті його твердіння (рис. 3).

Рис. 3. Вплив комплексної добавки на водопоглинання цементного каменя (занурення у воду)

В наслідок визначення водопоглинання шляхом капілярного підсосу визначено, що застосування комплексної добавки призводить до зменшення вдвічі кількість води, яку поглинає цементний камінь. Отже, мінерально-органічна добавка модифікує порову структуру цементного каменю, зменшуючи кількість відкритих пор. Це, вочевидь, сприятиме підвищенню стійкості бетону до дії зовнішнього середовища, у першу чергу, негативних температур. Що й підтвердили результати проведених експериментів, в наслідок який встановлено, що морозостійкість пінобетону з комплексною добавкою удвічі більша ніж у пінобетонів без цієї добавки.

В умовах експерименту збільшення в системі водоцементного відношення або вмісту комплексної мінерально-органічної добавки понад певну величину приводить до зниження міцності цементного каменю (рис. 4).

При цьому збільшення вмісту комплексної мінерально-органічної добавки понад 1,0% від маси системи «портландцемент - мінеральна частина комплексної добавки» приводить до зниження інтенсивності втрати міцності цементним каменем при збільшенні водоцементного відношення.

Визначено, що оптимальний за міцністю цементного каменю вміст поліспирту в системі «цемент – вода – піноутворювач – поліспирт» залежить від вмісту піноутворювача і збільшується із збільшенням кількості піноутворювача. Це підтверджує робочу гіпотезу роботи в частині взаємодії поліспирту і піноутворювача при формуванні структури даного цементного каменя

Отже, введення комплексної добавки в досліджувану систему приводить до деякого збільшення щільності цементного каменя (рис. 2) з одночасним збільшенням його міцності (рис. 4).

Рис. 4. Вплів залізовміщуючого компоненту (Х2) та поліспирту (Х1)

на міцність цементного каменю

Проте, при оптимальному вмісті компонентів комплексної добавки, збільшення щільності цементного каменя не настільки значно, як збільшення його міцності. В даному випадку щільність збільшується на 7…8%, а міцність до 87%.

Введення до складу цементного каменю комплексної добавки призводить до зменшення його усадки на 15…50%.

Найбільш оптимальним за міцністю цементного каменя є використання в якості залізовміщуючого компоненту або Fe2O3, або залізовмісних гірських порід, або відходів збагачення залізних руд. А у якості органічного компоненту – пропандіол-1,2,3. Застосування означених речовин дозволяє отримати спінений цементний найбільшої міцності, найменшої проникності та усадки.

На даний час, здебільшого, цементні підприємства випускають цементи, які містять різноманітні добавки, з яких найбільш поширеною є доменний гранульований шлак. Тому було визначено вплив цієї – основної добавки до цементу на властивості цементного каменю, поризованого комплексним поризатором. Результати дослідів показали, що вміст доменного гранульованого шлаку в цементі значно впливає на щільність отриманого ніздрюватого цементного каменю. Збільшення вмісту доменного гранульованого шлаку в цементі призводить до збільшення ступеню спушування системи при однаковому вмісті комплексного поризатора та складу цементного тіста. При практично рівній щільності ніздрюватого цементного каменя його міцність підвищується з підвищенням вмісту в цементі доменного гранульованого шлаку (табл. 3).

Таблиця 3

Міцність при стиску ніздрюватого цементного каменю

Вид цементу

Кількість

доменного гранульованого шлаку в складі цементу

Щільність цементного каменю, кг/м3

Міцність при стиску, МПа

ПЦ ІІ/А-Ш-400

19

612

3,0

ПЦ ІІ/Б-Ш-400

34

590

3,6

ШПЦ ІІІ/А/400

64

562

3,9

Отримані результати дослідів дозволяють зробити висновок про те, що поліспирт одночасно із залізовміщуючим компонентом призводить до додаткової активізації доменного гранульованого шлаку, який входить до складу цементу.

У четвертому розділі наведено результати досліджень властивостей бетону. Досліджувалися властивості дисперсної системи «в'яжуча речовина – комплексна добавка – піноутворювач – вода – заповнювач».

В умовах експерименту введення у систему заповнювача декілька зменшує величину її спінювання, але оптимальне співвідношення між компонентами комплексної добавки зберігається. Тобто введення заповнювача не змінює оптимального співвідношення між складовими комплексної добавки, але декілька зменшує ступінь спінювання системи.

В умовах експерименту спостерігається помітне зменшення текучості суміші, як з комплексною добавкою так і без неї (рис. 5).

Введення до складу бетону заповнювача та зменшення вмісту цементного каменя знижує ступінь його спінювання. Вочевидь, зниження ступеня спінювання системи обумовлюється його обмеженням зернами заповнювача. При цьому заповнювач менше впливає на величину спінювання системи в порівнянні з наповнювачем, що входить до складу комплексної добавки як залізовміщуючий компонент. Як і для цементного каменю зменшення ступеню спінювання призводить до зміни щільності бетону (рис. 6).

           

Рис. 5. Текучість бетонної суміші в залежності від вмісту залізовміщуючого

                            компоненту (Х2) та заповнювача (Х3)

Міцність бетону є одним з основних показників його якості. Як відомо, оптимальний склад комплексних добавок, визначений за міцністю цементного каменю й міцністю бетону, може відрізнятися, що й обумовило необхідність проведення даної групи експериментів, у якій досліджувалася залежність міцності бетону при стиску від складу комплексної добавки. Визначення оптимального складу комплексної добавки і її вмісту в бетоні здійснювалося методом однофакторного експерименту

Рис. 6. Вплив компонентів комплексної добавки на щільність бетону

(ЗВК – залізовміщуючий компонент, ПС – поліспирт, Ц - цемент)

Експериментами визначено, що оптимальне співвідношення компонентів у добавці, визначене за міцністю бетону, трохи нижче величини цього показника, визначеного за властивостями цементного тіста й цементного каменю (рис. 7).

Рис. 7. Вплив компонентів комплексної добавки на міцність бетону

Це може бути пояснено впливом заповнювача. В умовах експерименту оптимальний вміст комплексної добавки за міцністю бетону при стиску склав 1,0…1,5% від маси цементу, що й було прийнято в подальших дослідженнях.

Аналізом результатів виконаних експериментів встановлено, що оптимальна кількість поліспирту в бетоні залежить від його щільності. Чим менше щільність бетону тим більше потрібно поліспирту для отримання максимальної міцності бетону і тим більше ефективність дії поліспирту (рис. 8).

Це підтверджує висунуту робочу гіпотезу роботи про те що поліспирт витісняє з поверхні повітряних пухирців в бетоні піноутворювач та вступає у взаємодію з компонентами цементного каменю (зокрема оксидами кальцію) утворюючи на поверхні повітряних пухирців міцний шар, що сприяє підвищенню міцності бетону.

Це й підтверджується тим, що чим більше пористість бетону (менша його щільність), тим більше повітряних пухирців в його складі і тим більше потрібно поліспирту для зміцнення цих пухирців.

Зміна міцності бетону, що містить комплексну добавку (в нормальних умовах твердіння) у часі значно відрізняється від її зміни в бетону без даної добавки. Якщо бетон з комплексною добавкою у нормальних умовах твердіння здатний істотно збільшувати міцність на розтяг (до 2-х раз), то для бетону без даної добавки таке збільшення становить не більше 25...30% .

Рис. 8. Вплив вмісту поліспирту (ПС) на міцність бетону

З результатів експериментів, випливає, що збільшення вмісту комплексної мінерально-органічної добавки, понад 1,0% від маси системи «цемент - мінеральна частина комплексної добавки» практично не приводить до помітної зміни щільності ніздрюватого бетону. Тому доцільно обмежити вміст комплексної мінерально-органічної добавки в межах (1,0...1,5)% від маси системи «цемент - мінеральна частина комплексної добавки».

Використання комплексної мінерально-органічної добавки не змінює взаємозв'язку деформативності бетону під навантаженням з його міцністю. Однак величина початкового модуля пружності такого бетону, за інших рівних умов, трохи вище (7-12%), ніж у бетонів, які не містять такої добавки (табл. 4).

Таблиця 4

Початковий модуль пружності бетону

Вид бетону

Щільність бетону, кг/м3

Початковий модуль пружності, МПа

без комплексної добавки

620

1800

760

2200

900

4040

1000

7800

З комплексною добавкою

650

2120

780

3320

1000

7930

1230

9100

Це можна пояснити розходженнями в поровій структурі даних бетонів, так як застосування комплексної добавки приводить до зменшення кількості відкритих пор.

В умовах експерименту міцність бетону, що містить комплексну добавку, зростає в часі більш інтенсивно у порівнянні з бетоном без добавки (рис. 9). При цьому різниця у величині міцності з часом декілька зменшується.

    Рис. 9. Зміна відносної міцності бетону з комплексною добавкою (КД)

в часі

У п'ятому розділі наведено результати досліджень впливу технології виготовлення бетону, що містить комплексну добавку, та досвід його застосування.

Результатами досліджень визначено, що досліджуваний бетон має специфічний порядок змішування компонентів, що полягає у одночасному змішуванні заповнювача, цементу, компонентів комплексної добавки й води в швидкообертовому змішувачі. Таким чином забезпечується найкраща легкоукладність бетонної суміші, найбільша міцність при стиску і найменша деформативність отримуваного бетону.

В умовах експерименту збільшення тривалості перемішування бетонної суміші призводить до поліпшення технологічних властивостей бетонної суміші та фізико-механічних властивостей бетону. Дослідами встановлено, що збільшення тривалості перемішування компонентів бетонної суміші понад 2,5 хвилини практично не впливає на властивості бетонної суміші й бетону. Отже, при виготовленні бетонної суміші з комплексною добавкою, перемішування її компонентів варто робити протягом 2…2,5 хвилин.

Розроблена технологія була впроваджена ТОВ «Проспект СМ» при виробництві стінових блоків.

Для виробництва бетонної суміші застосовувався Криворізький портландцемент типу ПЦ ІІ/Б-Ш-400. У виробництві використовували водну суспензію комплексної добавки під назвою «Добавка РМ-1», яку вводили в бетонну суміш у кількості 0,01% від маси цементу (0,5 л. суспензії на 1 м3 готової бетонної суміші). Склад бетону (витрата цементу, води і заповнювача) був прийнятий аналогічний робочому складу пінобетону, що випускається підприємством.

Бетонну суміш отримували за прийнятим на виробництві методом: змішування цементу, заповнювача і води з добавкою з наступним змішуванням отриманої суміші з попередньо отриманою піною.

Щільність бетонів у віці 28 діб складає: того, що випускається підприємством – 598 кг/м3, пропонованого, – 593 кг/м3, міцність бетону, відповідно 2,24 МПа і 2,48 МПа, що відповідає вимогам норми.

З 01.08.2007 р. по 31.08.2008 р. здійснено випуск стінових блоків з пінобетону на основі комплексної мінерально-органічної добавки в об'ємі 7556 м3.

Зниження витрат за статтею «Матеріали» при використанні розробленого бетону, що містить комплексну добавку склало 29,63 грн/м3. Загальний економічний ефект від впровадження бетону на основі комплексної мінерально-органічної добавки склав 223884 грн. у цінах 2007 р.

ВИСНОВКИ

1. Теоретично обґрунтовано й експериментально доведено, що мінеральні комплекси, що містять залізо, та поліспирти підвищують фізико-механічні властивості пінобетонів, які отримують в наслідок твердіння дисперсної системи «портландцемент – заповнювач – піноутворювач – вода».

2. Установлена доцільність застосування для отримання ніздрюватого бетону шляхом спінювання, комплексної мінерально-органічної добавки, що представляє собою суміш поліспирту і мінерального комплексу, що містить залізо. Оптимальний вміст комплексної добавки в бетоні становить 0,5...0,8% від маси цементу. При цьому всі компоненти комплексної добавки сприяють підвищенню фізико-механічних властивостей бетону, а ефект від їхнього комплексного використання перевищує сумарний ефект від застосування кожного з них.

3. Уперше встановлено, що модифікація структури ніздрюватого портландцементного каменю комплексною мінерально-органічною добавкою знижує його проникність й усадку та підвищує міцність при стиску за рахунок збільшення утримання в ньому закритих пір, а також збільшення кількості новотворів, які містять значну кількість хімічно зв'язаної води. При цьому оптимальним є співвідношення між складовими добавки 3:1 = «мінеральний комплекс, що містить залізо : поліспирт»

4. Доведено, що міцність ніздрюватого бетону, отриманого на портландцементі, із застосуванням комплексної мінерально-органічної добавки, на 30…100% вище міцності, а деформативність на 18...24% нижче деформативності пінобетону, отриманого без добавок. При цьому на 20…35% зменшується вплив на міцність бетону, як вмісту заповнювача так і води.

5. Установлено, що застосування в бетоні комплексної добавки, що представляє собою систему «мінеральний комплекс, що містить залізо,  - поліспирт» приводить до зменшення на 20…35% впливу на властивості бетонної суміші й бетону підвищених позитивних температур, що проявляється у зменшенні усадки бетону та зміни його міцності.

6. За допомогою планування експерименту отримані математичні залежності міцності цементного каменю від складу й вмісту комплексної добавки, міцності бетону від його складу.

7. Визначено основні параметри технологічних операцій готування бетонної суміші, що містить комплексну добавку. Ці параметри дозволяють одержувати бетон із заданими властивостями і визначати його склад застосуванням удосконаленого методу проектування складів бетону, що з враховує наявності в його складі комплексної добавки.

8. Установлено, що в початковий термін твердіння догляд за покладеним бетоном доцільно проводити закриттям форми (опалубки) щільною кришкою. Доведено, що цей метод догляду за покладеним бетоном забезпечує збільшення його однорідність по перетину виробу й знижує кількість відкритих пор.  

9. Дослідно-промислова перевірка застосування розробленого бетону й технології його виробництва, укладання й догляду за ним у виробничих умовах підтвердила вірогідність і ефективність отриманих результатів. При цьому річний економічний ефект склав 223884 грн. у цінах 2007 р.  

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

у фахових виданнях:

1. Шишкина А. А. Пено-газобетоны для реконструкции жилых домов старой застройки / А. А. Шишкина, А. А. Шишкин, В. А. Ковальчук // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково - технічний збірник. – 2005. – Вып. 63. – С. 315-320.

(отримано експериментальні дані властивостей пінобетону, модифікованого залізовміщуючими мінеральними комплексами)

2. Шишкина А. А. Пористые бетоны повышенной прочности для строительства в сейсмических районах / А. А. Шишкина, А. А. Шишкин // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково - технічний збірник. – 2008. – Вып. 69. – С. 523-528.

(отримано експериментальні дані властивостей пінобетону, модифікованого залізовміщуючими мінеральними комплексами)

3. Шишкина А. А. Пено- и газобетоны для защиты сталежелезобетонных конструкций от термических воздействий / А. А. Шишкина, А. А. Шишкин. О. Б. Настич // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково - технічний збірник. – 2008. – Вып. 70. – С. 222-229.

(отримано експериментальні дані властивостей пінобетону, модифікованого залізовміщуючими мінеральними комплексами)

4. Шишкина А. А. Пенобетоны с повышенными физико-механическими свойствами / А. А. Шишкина // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. – 2008. – Вып. 2008-1(69). – С. 48-57.

5. Шишкина А. А. Пенобетоны для ремонта зданий и сооружений / А. А. Шишкина // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково - технічний збірник. – 2009. – Вып. 72. – С. 385-391.

6. Шишкина А. А. Пенобетоны повышенной прочности / А. А. Шишкина // Збірник «Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка». – 2008. – № 1(31). – С. 38-41.

7. Шишкина А. А. Влияние комплексной добавки на свойства пен при

производстве пенобетона / А. А. Шишкина // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. – 2009. – 2009-1(75). – С. 65-71.

8. Шишкина А. А. Пенобетоны с повышенными физико-механическими свойствами / А. А. Шишкина // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. – 2009. – Вып. 35. –  С. 395-400.

у інших виданнях:

1. Шишкина А. А. Пенобетоны повышенной прочности / А. А. Шишкина // Матеріали V міжнародної наукової практичної конференції «Динаміка сучасної науки». – 2009. – Том 14 «Фізика. Будівлі та архітектура» - С. 74-77.

АНОТАЦІЯ

Шишкіна О.О. Властивості і технологія пінобетону, модифікованого оксидами заліза. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05  «Будівельні матеріали і вироби». – Національна академія природоохоронного і курортного будівництва. Сімферополь, 2010.

Дисертація присвячена вирішенню проблеми підвищення стабільності властивостей пінобетонів за рахунок спрямованого формування структури цементного каменю в напрямку підвищення його міцності та зниження деформативності та проникності. Така спрямованість процесів забезпечується шляхом введення до складу дисперсної системи «портландцемент – піноутворювач – вода» комплексу «залізовмісна речовина – поліспирт». Вивчено вплив цього комплексу на формування фазового складу і структури дисперсної системи. Встановлено, що процеси структуроутворення в системі, за наявності в ній означеного комплексу, зумовлені збільшенням на початкових етапах твердіння системи кількості фізично зв’язаної води з подальшим синтезом у продуктах гідратації і твердіння мінералів, які містять значну кількість хімічно зв'язаної води, а також утворенням на внутрішній поверхні повітряних пухирців продуктів взаємодії поліспирту по оксидів багатовалентних металів. Розроблено і оптимізовано склад досліджуваної дисперсної системи, досліджено фізико-механічні властивості цементного тіста і каменю, а також бетонної суміші і бетону в умовах. Доведено, що введення до складу пінобетону досліджуваної системи «залізовмісна речовина – поліспирт» призводить до зменшення кількості піноутворуювача, підвищенню та стабілізації фізико-механічних, властивостей бетонів, що виражається у збільшенні міцності такого бетону. Визначено особливості технології отримання розроблених бетонів, які полягають в особливому порядку змішування компонентів та збільшенні тривалості їхнього перемішування. Результати роботи реалізовано в умовах дослідно-промислового виробництва.

Ключові слова: портландцемент, залізо, стабілізація, комплексна добавка, бетон, міцність.

АННОТАЦИЯ

Шишкина А.А. Свойства и технология пенобетона, модифицированного оксидами железа. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - Строительные материалы и изделия. – Национальная академия природоохранного и курортного строительства, Симферополь, 2010.

Диссертация посвящена решению проблемы повышения стабильности бетонов, предназначенных для изготовления строительных изделий и защиты строительных конструкций, подверженных термическим воздействиям, за счет направленного формирования структуры цементного камня, увеличивающего его прочность, снижающего его проницаемость и деформативность. Такая направленность процессов структурообразования обусловлена особенностью композиционного построения полученного вяжущего за счет введения в качестве добавки комплекса «железосодержащее вещество – полиспирт».

Изучены закономерности влияния  комплекса «железосодержащее вещество – полиспирт» на формирование фазового состава и структуры дисперсной системы «портландцемент – пенообразователь – вода». Установлено, что процессы структурообразования в такой системе, в отличие от бездобавочных вяжущих, обусловлены высокой степенью физического связывания воды на начальных стадиях твердения, с последующим образованием минералов с повышенным содержанием химически связанной воды и образованием не поверхности воздушных пузырьков продуктов взаимодействия полиспирта с оксидами многовалентных металлов. Исследована взаимосвязь структуры и свойств искусственного камня, формирующегося на основе дисперсной системы «портландцемент – железосодержащее вещество – полиспирт». Отмечено, что при наличии комплекса «железосодержащее вещество – полиспирт» наблюдается перераспределение пор по размерам в поровом пространстве искусственного камня.

Установлены основные принципы композиционного построения пенобетона со стабильными деформационными характеристиками, в условиях термических воздействий, путем их модификации комплексом «железосодержащее вещество – полиспирт». Такой состав обеспечивает формирование микроструктуры цементного камня с повышенной жесткостью и плотностью, предопределяющей высокие и стабильные эксплуатационные характеристики бетонов, в том числе деформативные. Методом математического планирования эксперимента оптимизированы составы модифицированных бетонов. Отмечено, что максимальные прочностные характеристики вяжущих композиций отвечают составам, включающим 1,0-1,2% железосодержащего вещества, 0,3…0,5% полиспирта от массы смеси «портландцемент – железосодержащее вещество». Введение комплекса «железосодержащее вещество – полиспирт» в состав системы «портландцемент – пенообразователь – вода» обеспечивает повышение на 30...100% прочности при сжатии, растяжении. Полученные бетоны характеризуются прочностью при сжатии 2,0-4,5 МПа, начальным модулем упругости от 2,0·10-3МПа до 8,7·10-3МПа. Исследовано влияние термических воздействий на прочностные характеристики, собственные деформации и деформации бетонов под нагрузкой. Показано, что разработанные бетоны, в отличие от бетонов без добавок, характеризуются повышенной сопротивляемостью к термическим действиям. Так, прочность при сжатии у разработанных бетонов, независимо от условий твердения (интенсивности и продолжительности вибрационных и ударных воздействий), имеет спад при более высоких показателях термических воздействий. Величина спадов прочности сцепления с затвердевшим бетоном при термических воздействиях у модифицированных бетонов уменьшается в 2…3 раза. При этом отмечено, что величина собственных деформаций образцов модифицированных составов характеризуется значениями на 15…20% меньше, чем у немодифицированных бетонов, а процесс стабилизации фиксируется раньше на 5…10%.

Определены особенности технологии получения разработанных бетонов, состоящие в особенном порядке перемешивания их компонентов и увеличении продолжительности их смешивания.

Разработанные бетоны прошли производственную и эксплуатационную проверку при изготовлении стеновых изделий обществом с органиченной ответственностью «Проспект СМ» (г. Кривой Рог).

Ключевые слова: портландцемент, железо, стабилизация, комплексная добавка, бетон, прочность.

ANNOTATION

Shishkina A.A. Properties and technology special, concrete, modified by iron. - Manuscript.

The dissertation on reception of a scientific degree of the candidate of engineering science behind in the speciality 05.23.05 «Building materials and articles». - National academy of nature protection and resort construction. Simferopol, 2010.

Dissertation is devoted to the decision of problem of increase of stability of properties of concrete from suds due to the directed forming of structure cement to the stone in direction of increase of his durability and decline of ability to become deformed and permeability. Such orientation of processes is provided by introduction in the complement of the dispersible system «Portland cementcreator of suds – water» of complex «ferriferous matter – polyalcohol». Influence of this complex is studied on forming of phase composition and structure of the dispersible system. It is set that processes of gelation are in the system, at presence of in it the noted complex, predefined by an increase on the initial stages of hardening of the system of amount of the physically constrained water with a subsequent synthesis in the products of hydratation and hardenings of minerals, which contain the far of the chemically constrained water, and also by education on the internal surface of air blisters of products of co-operation of polyalcohol for oxides of polyvalent metals. Composition of the investigated dispersible system is developed and optimized, investigational physic-mechanical to property of cement dough and stone, and also concrete mixture and concrete in terms. It is well-proven that introduction in the complement of concrete from suds of the investigated system «ferriferous matter – polyalcohol» results in diminishing of amount of creator of suds, to the increase and stabilizing physic-mechanical, properties of concretes, that is expressed in the increase of durability of such concrete. The features of technology are certain receipts of the developed concretes, which consist in the special order of mixing of components and increase of duration of their interfusion. Job performances are realized in the conditions of experimental-industrial productions.

Keywords: Portland cement, iron, stabilizing, complex addition, concrete, durability.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16257. Удосконалення бухгалтерської звітності підприємства 473.5 KB
  Предметом дослідження є сукупність теоретичних, методологічних і організаційно економічних питань з удосконалення бухгалтерської звітності в ППА «Коровинці» Недригайлівського району Сумської області
16258. Исследование структуры и принципа действия конвертора телевизионных сигналов 677 KB
  Лабораторная работа №2 Исследование структуры и принципа действия конвертора телевизионных сигналов 1 Цель работы: 1.1 Изучить структурную схему конвертора СТ07. 1.2 Научиться производить настройку конвертора СТ07. 2 Литература: 2.1 Джакония В.Е. Телевидение. М.: ...
16259. Исследование структуры и принципа работы модулятора телевизионного МТ-07 799 KB
  Лабораторная работа №3 4 часа Исследование структуры и принципа работы модулятора телевизионного МТ07 1 Цель работы: 1.1 Изучить структурную схему модулятора МТ07. 1.2 Научиться производить настройку модулятора МТ07. 2 Литература: 2.1 Джакония В.Е. Телевидение. М.:...
16260. Сеть кабельного телевидения 4.66 MB
  Практическая работа №3 Сеть кабельного телевидения 1 Цель работы: 1.1 Приобрести теоретические и практические навыки по профессии электромонтёр 3 разряда станционного ТВ оборудования. 1.2 Изучить принципы формирования телевизионного радиосигнала познакомиться с ...
16261. Аппаратно-студийный блок 6.88 MB
  Практическая работа №2 Аппаратностудийный блок Цель работы Приобретение практических и теоретических навыков по профессии электромонтер 3 разряда станционного ТВ оборудования. Литература 2.1 Колин К.Т. Телевидение – Москва: Радио и...
16262. Телевизионный приемник 3.3 MB
  Практическая работа №4 Телевизионный приемник 1 Цель работы: 1.1 Приобрести теоретические и практические навыки по профессии электромонтёр 3 разряда станционного ТВ оборудования. 1.2 Изучить принципы построения телевизионных приемников. 1.3 Научиться производить...
16263. Измерение структуры и синтаксиса транспортного потока 1.05 MB
  Лабораторная работа №101 Измерение структуры и синтаксиса транспортного потока 1 Цель работы: Ознакомиться с назначением и характеристиками анализатора транспортного потока 10KDSA03. Научиться определять параметры транспортного потока MPEG2. ...
16264. Вектороскоп 491.5 KB
  Лабораторная работа №8. Вектороскоп. 1 Цель работы: 1.1 Изучить параметры телевизионного сигнала системы PAL. 2 Литература: 2.1 Джакония В.Е. Телевидение. М.: Радио и связь 1980. 2.2 Телевизионная техника. Справочник./ Под редакцией Зубарева Ю.Б .и Глориозова Г.Л.М.: Ради...
16265. Видеомагнитофон 437 KB
  Лабораторная работа № 6 Видеомагнитофон 1 Цель работы: 1.1 Изучить конструкцию и элементы управления видеoмагнитофона формата VHS. 1.2 Проконтролировать работу ЛПМ в разных режимах работы видеомагнитофона. 2 Литература: 2.1 Джакония В.Е. Телевидение.М.: Радио и cвя