Реологічні властивості бетонних сумішей та фізико-механічні характеристики важкого бетону з модифікованим плавом дикарбонових кислот

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА

ТА АРХІТЕКТУРИ

УДК 666.972.16

05.23.05 - будівельні матеріали та вироби

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Реологічні властивості бетонних сумішей та фізико-механічні характеристики важкого бетону з модифікованим плавом дикарбонових кислот

Вергун Оксана Олександрівна

Дніпропетровськ - 2006



Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор САВІН Лев Сергійович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри екології і охорони навколишнього середовища

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор ПУНАГІН Володимир Миколайович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри технології будівельних матеріалів, виробів та конструкцій;

кандидат технічних наук, доцент КРАСНЮК Андрій Віталійович, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. академіка В. Лазаряна, керівник науково-дослідного відділу

Провідна установа: Донбаська національна академія будівництва і архітектури, кафедра будівельних матеріалів, виробів та автомобільних доріг, Міністерство освіти і науки України, м. Макіївка, Донецька область.

Захист дисертації відбудеться 11 травня 2006 р. о 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 Придніпровської державної академії будівництва і архітектури за адресою: Україна, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва і архітектури за адресою: Україна, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а.

Автореферат розісланий 3 квітня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради К.В. Баташева



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В останні роки в Україні виник великий інтерес до застосування в бетонах хімічних добавок, що дозволяють регулювати строки тужавління цементу, темпи твердіння бетону, економити матеріальні та енергетичні ресурси (цемент, електроенергію та ін.), додавати бетону необхідні якості (морозостійкість, водонепроникність, стійкість в агресивних середовищах, можливість подачі в важкодоступні місця). Наявні на ринку будівництва суперпластифікуючі комплексні добавки, що дозволяють забезпечувати необхідні властивості бетонів різноманітного призначення, мають високу вартість, що обмежує їх широке застосування. Вирішення питань регулювання реологічних властивостей сумішей та фізико-механічних властивостей бетонів можливо за рахунок використання наявної в Україні сировинної бази для виробництва комплексних модифікованих добавок - вторинних продуктів вітчизняних заводів (Рівненського та Сєвєродонецького) по виробництву адипінових кислот. До складу таких продуктів входять нижчі дикарбонові кислоти (янтарна, глутарова, адипінова).

Актуальність роботи полягає в необхідності одержання сумішей з регульованими реологічними властивостями та бетонів з високими фізико-механічними властивостями за рахунок застосування комплексних модифікаторів - лужних солей дикарбонових кислот.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні дослідження теоретичного і прикладного характеру, результати яких викладені в дисертації, були здійснені в відповідності з темою ”Розробка нових ефективних матеріалів на основі вторинних продуктів народного господарства” (номер держреєстрації 01044000238).

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є одержання важких бетонів, з високим ступенем регулювання реологічних та фізико-механічних властивостей шляхом модифікування його структури добавками з класу низькомолекулярних дикарбонових кислот - лужними солями плаву дикарбонових кислот. бетон реологічний дикарбоновий лужний

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- дослідити реологічні властивості цементного тіста та цементно-піщаних сумішей з добавками;

- вивчити структуроутворення в'яжучих, що вміщують добавки;

- визначити порядок розрахунку та розрахувати оптимальний склад бетону за допомогою фізико-аналітичного методу;

- дослідити технологічні властивості бетонної суміші та міцностні характеристики важкого бетону з комплексними модифікаторами;

- дослідити вплив комплексних модифікаторів на морозостійкість бетону та корозійну стійкість арматури в бетоні;

- провести дослідно-експериментальну перевірку та визначити економічну ефективність одержання бетонів з комплексними модифікаторами.

Об'єкт дослідження - важкий бетон, модифікований комплексними хімічними добавками на основі лужних солей нижчих дикарбонових кислот.

Предмет дослідження - властивості цементних, цементно-піщаних сумішей та важкого бетону, модифікованих хімічними добавками на основі лужних солей нижчих дикарбонових кислот.

Методи дослідження - вивчення реологічних властивостей цементно-піщаних сумішей, фізико-механічних та експлуатаційних характеристик бетону здійснювали за допомогою стандартних та спеціальних методів досліджень. Дослідження структури бетону та новоутворень цементного каменю здійснювали методами оптичної мікроскопії та рентгенофазового аналізу. В роботі застосовували методи математичного планування експерименту при дослідженні міцностних властивостей бетону та методи статистичного аналізу обробки результатів досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів:

- теоретично обґрунтований та експериментально підтверджений механізм регулювання структурних характеристик цементних композицій шляхом вибіркової адсорбції лужних солей низькомолекулярних ПАР (поверхнево-активних речовин) нижчих дикарбонових кислот;

- вперше запропонований механізм пластифікуючої дії комплексних модифікаторів з ряду лужних солей дикарбонових кислот;

- виявлені та доведенні основні закономірності зміни властивостей бетонної суміші та бетону при введенні комплексних модифікаторів;

- запропонована методика призначення складу бетону з комплексними модифікаторами;

- розроблено оптимальні склади бетону з встановленням закономірностей кінетики твердіння бетону в нормальних умовах та при тепловологій обробці.

Практичне значення одержаних результатів:

- запропоновано спосіб модифікування низькомолекулярних ПАР - нижчих дикарбонових кислот лужними реагентами;

- розроблено склад бетону з комплексними модифікаторами, який має високі міцностні та експлуатаційні властивості, що дозволяє знизити вартість виготовлення бетонних та залізобетонних виробів та конструкцій;

- одержано важкий бетон з регульованими реологічними та фізико-механічними властивостями за рахунок введення в його склад комплексних модифікаторів на основі лужних солей нижчих дикарбонових кислот.

Дослідно-експериментальна апробація добавок в важкому бетоні була проведена на АТЗТ „Завод залізобетонних виробів та конструкцій” (за результатами виробничого акту). Використання добавок дозволило покращити легкоукладальність та підвищити рухливість бетонної суміші з ОК=5 см до ОК=11 см з одночасним підвищенням міцності бетону від 17% до 25%.

Економічна ефективність на 1 м3 бетону з добавками МПДКн та МПДКк відповідально складає 6,89 грн. та 10,87 грн. Економічний ефект в грошовому еквіваленті складає 16647 грн. на рік.

Особистий внесок здобувача полягає в:

- теоретичному обґрунтуванні та експериментальному підтвердженні механізму модифікації низькомолекулярних ПАР - нижчих дикарбонових кислот лужними реагентами і механізму модифікації структури бетону лужними солями дикарбонових кислот;

- розробці складу важкого бетону, що містить комплексні модифікатори;

- визначенні властивостей важкого бетону, модифікованого лужними солями дикарбонових кислот.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи та результати досліджень доповідались на міжнародних науково-практичних конференціях ”Інноваційні технології діагностики, ремонту та відновлення об'єктів будівництва і транспорту” (Алушта, 2004, 2005 рр.); на 44-му міжнародному семінарі по моделюванню та оптимізації композитів - МОК'44 (Одеса, 2005 р.); на VII міжнародній науково-практичній конференції ”Дні сучасного бетону” (Запоріжжя, 2005 р.); на Міжнародному семінарі ”Теорія і практика виробництва і використання поризованого бетону в будівництві” (Дніпропетровськ, 2005 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 8 робіт, у тому числі 6 у фахових збірниках наукових праць та у матеріалах наукових конференцій і семінарів.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел із 159 найменувань, а також додатків. Загальний обсяг дисертації 159 сторінок, у тому числі 156 сторінок основного тексту, 25 рисунків, 22 таблиці та додатки на 6 сторінках.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, наведені положення наукової новизни і практичного значення отриманих результатів.

У першому розділі розглянуто сучасний стан питання щодо використання хімічних добавок в бетоні.

Великий вклад в розвиток технології бетону внесли українські вчені Вознесенський В.А., Вировий В.Н., Дворкін Л.Й., Дворкін О.Л., Кривенко П.В., Плугін А.М., Пунагін В.М., Пшинько О.М., Рунова Р.Ф., Савицький М.В., Сторожук М.А., Федоркін С.І. та ін.

Найбільший внесок в питання модифікації бетонної суміші належить вченим Батракову В.Г., Глубішу П.А., Дерев'янко В.М., Ковалю С.В., Кунцевичу О.В., Мчедлову-Петросяну О.П., Нікіфорову О.П., Раманчандрану В., Ратінову В.Б., Руденко Н.М., Саницькому М.А., Ушерову-Маршаку А.В., Файнеру М.Ш., Фалікману В.Р. та ін.

Аналіз літературних джерел свідчить про те, що використання багатокомпонентних модифікаторів у виробництві бетону стримано труднощами транспортування, зберігання, приготування, дозування. Часто при складанні комплексів не враховуються питання сумісності компонентів та питання отримання комплексних модифікаторів шляхом змішування вихідних компонентів на підприємствах будівельного профілю.

Питання отримання нових комплексних модифікаторів залишається актуальним, особливо, якщо у сировині використовуються продукти відходів хімічних підприємств.

У другому розділі наведені характеристики об'єктів і методів досліджень, розглянуті особливості модифікування в дослідних системах. Як об'єкт дослідження прийнято важкий бетон, модифікований комплексними хімічними добавками на підставі лужних солей нижчих дикарбонових кислот.

В дослідженнях використовувалися матеріали: портландцемент Криворізького цементно-гірничого комбінату, Балакліївського цементно-шиферного заводу та Дніпродзержинського цементного заводу.

В якості заповнювача використовували дніпровський річковий кварцовий пісок.

В якості крупного заповнювача використовували гранітний щебінь Рибальського кар'єру фракцією 3-10 мм та 5-20 мм.

У роботі окрім стандартних, використано ряд спеціальних методів дослідження. Вплив добавок на швидкість осадження цементної суспензії вивчався за методикою МІСІ. Швидкість осадження суспензії визначалась на протязі години.

Процеси структуроутворення цементного тіста з добавками вивчалися за допомогою конічного пластоміру МГУ. В основі цього методу полягає зміна пластичної міцності протягом часу, яка визначається глибиною занурювання конусу в цементне тісто.

Вплив добавок на легкоукладальність бетонної суміші та зміни її протягом часу досліджено за методикою Р. Лерміта на спеціальному приладі. Визначення в'язкості цементного тіста проводилося за допомогою кулькового віскозиметра. Робота віскозиметра заснована на фізичних закономірностях руху кульки у в'язкому середовищі, описаному законом Стокса.

Сульфатостійкість бетону з добавками визначалася за методикою НДІБЗБ шляхом визначення коефіцієнту сульфатостійкості (відношення міцності зразка бетону на вигин, витриманого в 4,4 % розчині Na2SO4, до міцності зразка, витриманого той же час у воді при однакових температурних умовах.

Для рентгенофазового аналізу використовувався дифрактометр ”Дрон_2”. Фотографії мікроструктури виготовлені за допомогою оптичного мікроскопу ”Неофот-2”.

Дослідження впливу добавок на корозійну стійкість арматури в бетоні проведені за методикою НДІБЗБ зняттям анодних поляризаційних кривих. Сталь в бетоні пасивна, якщо при потенціалі Е, який дорівнює +300 мВ, за насиченим каломельним електродом щільність струму не повинна перевищувати 10 мкА/см2, якщо щільність струму дорівнює 10-25 мкА/см2 -сталь в нестійкому стані, а якщо перевищує 25 мкА/см2 - можлива інтенсивна корозія сталі.

Розглянуто особливості модифікування в дослідних системах.

При взаємодії ПДК з натрієвим або калієвим гідрооксидами реакція протікає за схемою

У результаті утворюються солі (Nа або K) дикарбонових кислот (солі сильної основи та слабкої кислоти), які в середовищі бетону легко дисоціюють на вихідні складові

Далі в результаті адсорбції утворюється подвійний електричний шар.

Збільшення міжфазової взаємодії сприяє зменшенню поверхневого натягу та сповільнює коагуляцію часток, внаслідок чого система стає більш стійкою.

Наявність в молекулах дикарбонових кислот двох карбоксильних груп сприяє хімічній реакції з гідрооксидами елементів, які містяться в цементі за схемою

Це також обумовлює утворення міцних хімічних зв'язків, посилюючи взаємодію як на границі ”в'яжуче - заповнювач”, так і між зернами заповнювача, що обов'язково впливає на підвищення міцностних властивостей бетону.

У третьому розділі наведені результати експериментальних досліджень реологічних властивостей цементного тіста та цементно-піщаних розчинів.

Напружений стан елементарно малого об'єму визначається (рис. 1)

,(1)

.(2)

Для виводу реологічного рівняння в'язкості цементного тіста використаний метод В.Н. Пунагіна на підставі закону Бінгама. Для цього наводяться такі допущення:

- цементне тісто являє собою пластичне тіло, що підкоряється закону Бінгама;

- цементне тісто є 2-х компонентна система, яка містить тверду (дисперсну) фазу та рідке (дисперсійне) середовище;

- розглянуті тонкі прошарки цементу, характерні для структури бетонної суміші;

- в тонких прошарках цементного тіста криволінійні деформації, які описуються похідною можна замінити прямою

,(3)

де - в'язкість цементного тіста приведеної нормальної густоти;

- коефіцієнт якості даного цементу;

- приведена ступінь розрідження цементного тіста водою.

Аналіз основних стадій гідратації та твердіння в'яжучих приводить до висновку, що період коагуляційного структуроутворення є періодом можливої зміни технологічних характеристик бетонної суміші, а також експлуатаційних характеристик бетону.

Дослідження виявили, що підвищення дозувань як індивідуальних, так і комплексних добавок веде до зменшення швидкості седиментації, відділення води зменшується. Це свідчить про агрегативну стійкість колоїдних систем внаслідок їх диспергуючої та стабілізуючої дії.

Введення до комплексної добавки високомолекулярних поверхнево-активних речовин сприяє підвищенню агрегативної стійкості колоїдних систем, яка спостерігається по зменшенню швидкості осадження портландцементної суспензії (рис. 2).

Модифікування плаву дикарбонових кислот КОН привело до збільшення значення рН. рН водних розчинів МПДКк та МПДКк + ЛСТ складає 7,20 - 7,52 та 7,04-7,39 (у залежності від концентрації добавки).

Дослідження кінетики структуроутворення портландцементу з добавками модифікованого плаву дикарбонових кислот МПДКн, МПДКк (рис. 3) показало, що використання таких комплексних модифікаторів сприяє більш сповільненому режиму формування коагуляційної структури.

Задача отримання бетонів з високими експлуатаційними показниками пов'язана з проблемою отримання бетонів оптимальної структури.

Бетони відносяться до конгломератних матеріалів, де реологічні та фізико-механічні властивості визначаються, в першу чергу, структурою дисперсного компоненту (цементного тіста та цементного каменю).

Цементне тісто з різними хімічними добавками має ряд особливостей, які викликають зміну його технологічних властивостей.

Дослідження показали, що у випадку низької концентрації пластифікатора у водному розчині в'яжучої речовини, в'язкість цементного тіста може практично не змінюватись. Її можна вважати незмінною до критичної величини добавки Dmin. У випадку, якщо кількість добавки перевищує її критичну величину Dmin, починається інтенсивне змінювання в'язкості цементного тіста, пропорційне концентрації пластифікатора в його рідкій фазі.

Швидкість зміни в'язкості залежить від виду добавки, яка визначає механізм її взаємодії з в'яжучою речовиною. Більше зменшення в'язкості системи відбувається від добавки МПДКК, менший вплив становить ЛСТ.

Про вплив таких добавок на цементне тісто можна судити зі зміни його водопотреби для отримання стандартної консистенції, яка відповідає нормальній густоті цементного тіста. Для двох видів портландцементу (низькоалюмінатного та середньоалюмінатного) визначена нормальна густота цементного тіста без добавок та з різною кількістю добавок. Водопотреба тіста на низькоалюмінатному цементі з нормальною густотою 26 % при введенні різних добавок змінювалась від 3 до 16,1 %.

На середньоалюмінатному цементі з нормальною густотою 27,5 % аналогічне зниження водопотреби коливалось від 14,9 до 24,3 %. Таким чином, цементне тісто на середньоалюмінатному цементі більш схильне до пластифікації, і вплив добавок МПДКК значно менший.

Якщо розглянути зміну вібров'язкості пластифікованого цементного тіста від впливу різних добавок (рис. 4), то легко виявити ІІІ зони впливу пластифікатора. Графічно це відображається приблизно S-подібною кривою.

Перша зона характерна відсутністю ефекту пластифікації. Друга зона пропорційного розвитку ефекту пластифікації характерна найбільшою проявою властивостей даної добавки. Чим більша ефективність добавки, тим більша швидкість зниження в'язкості цементного тіста від введення одиниці маси даної добавки на одиницю об'єму рідкої фази цементного тіста. Друга зона завершується умовною точкою Dmax, за якою ефект пластифікації починає падати і настає розшарування цементного тіста. Це третя зона пластифікації, яка характеризується надлишковою кількістю добавки.

Якщо введено більше добавки, неминуче розшарування цементного тіста як результат його флокуляції та проява тимчасової нестійкості. Цементне тісто в третій зоні пластифікації відрізняється нестабільністю, яка пояснюється перенасиченням поверхні твердої фази молекулами пластифікатора та появою частки незв'язаних вільних молекул в рідкій фазі системи.

Таким чином, ефективна пластифікація цементного тіста можлива при концентрації добавки в границях Dmin < D < Dmax. В цьому випадку можливе повне використання пластифікатора без порушення структури цементного тіста.

У четвертому розділі роботи на підставі проведених досліджень реологічних властивостей наведені основні положення теорії проектування складів бетону.

Мета проектування складів бетону - визначення кількісного співвідношення між компонентами бетону (цементом, водою, піском та щебенем), яка забезпечує отримання бетонної суміші та бетону з заданими властивостями.

Розрахунковий склад бетону задають переліком витрат складових бетону (цементу, води, дрібного заповнювача, крупного заповнювача, а також додатково мікронаповнювача та пластифікатора).

Склад бетону визначає технологічні властивості бетонної суміші, які враховуються в процесі формування конструкції - легкоукладальність, однорідність, відсутність розшарування.

Проектування складів бетону з використанням комплексних модифікаторів, як показано проведеними дослідами, має особливості: добавки-пластифікатори знижують в'язкість цементного тіста; добавки-мікронаповнювачі сприяють перерозподілу вологи в бетонній суміші та забезпечують її більшу стійкість до розшарування.

При використанні добавок змінюються реологічні властивості бетонної суміші, в результаті змінюється початкове водоцементне відношення цементного тіста нормальної густоти, а також ступінь розрідження цементного тіста. Тому необхідне визначення параметрів на експериментальних замісах з використанням добавок. При цьому розрахункове значення зміни ступеня розрідження цементного тіста водою визначається за зміненими даними її нормальної густоти.

Оптимальна кількість пластифікатора визначена дослідним шляхом. Для кожної вибраної кількості пластифікатора визначається нормальна густота цементного тіста та будується графік її залежності від кількості пластифікатора. На підставі експериментальних даних визначається кількість пластифікатора, при якому не спостерігається порушення структури цементного тіста. При розрахунках еквівалентних складів бетонної суміші використовується значення нормальної густоти цементного тіста, яке відповідає цементному тісту найменшої в'язкості.

Основними рівняннями фізико-аналітичного методу є:

1. Рівняння Боломея

Rб = А ·Rц · (4)

2. Рівняння балансу об'єму складових бетону

(4)

Показник жорсткості бетонної суміші визначається за формулою

G = aX + вУ - сZ, (5)

де а, в, с - параметри якості (кваліметри), відповідно, піску, щебеню, цементу;

Х, У, Z - кількісні характеристики вмісту дрібного та крупного заповнювачів та цементного тіста в бетоні.

Параметри насичення бетону заповнювачами (Х, У) являють собою відношення кількості твердої фази (П або Щ) до об'єму рідкого середовища, забезпечуючи їх зсув при деформації.

Метод проектування складів бетону з комплексними модифікаторами, на відміну від методу абсолютних об'ємів, дозволяє одержати таблицю складів, еквівалентних за легкоукладальністю бетонної суміші та міцністю бетону. Таким чином, даній умові відповідає не один, а ціла група складових бетону.

Виконано проектування складів бетонів без модифікатора та з комплексним модифікатором (табл. 1, 2).

Таблиця 1 - Розрахунок еквівалентних складів бетону

Вихідні дані
Кваліметри компонентів бетону	Результати розрахунків
Кваліметр дрібного заповнювача (а)	1,1	Rб, МПа = 30	Ц/В = 1,99
Кваліметр крупного заповнювача (b)	0,5	G = 0,75	В/Ц = 0,50
Кваліметр цементу (c)	1,25	Ж = 1,86	РЦО = 2,69
НГ = 26 %		[G] = 3,97	ц = 0,86
		m = 0,57	Vб, % = 1,875
Розрахункові дані
х	Х	Y	V0	VP	P	Ц	В	Мз	Кз	Мб
-	-	-	м3	дм3	дм3/кг	кг/м3	кг/м3	кг/м3	кг/м3	кг/м3
1,5	1,72	2,66	0,82	492	1,45	339	171	509	1297	2315
1,6	1,83	2,44	0,81	500	1,49	335	169	537	1276	2317
1,7	1,94	2,22	0,80	508	1,53	333	167	566	1253	2319
1,8	2,06	2,00	0,78	519	1,57	331	167	596	1225	2320
1,9	2,17	1,78	0,76	531	1,60	331	167	629	1193	2319
2,0	2,29	1,56	0,73	546	1,64	332	167	665	1153	2317
2,1	2,40	1,34	0,70	564	1,68	336	169	705	1105	2314

Таблиця 2 - Розрахунок еквівалентних складів бетону з комплексним модифікатором

Вихідні дані
Кваліметри компонентів бетону	Результати розрахунків
Кваліметр дрібного заповнювача (а)	1,1	Rб, МПа = 30	Ц/В = 1,99
Кваліметр крупного заповнювача (b)	0,5	G = 0,75	В/Ц = 0,50
Кваліметр цементу (c)	1,2	Ж = 2,38	РЦО = 2,697
НГ = 22,9 %		[G] = 3,61	ц = 0,87
		m = 0,57	Vб, % = 1,875
Розрахункові дані
х	Х	Y	V0	VP	P	Ц	В	Мз	Кз	Пл	Мб
-	-	-	м3	дм3	дм3/кг	кг/м3	кг/м3	кг/м3	кг/м3	кг3/м	кг/м3
1,9	2,19	3,03	0,84	481	1,60	301	152	572	1325	1,81	2350
2,0	2,31	2,81	0,83	487	1,64	298	150	595	1309	1,79	2354
2,1	2,42	2,59	0,82	494	1,68	295	148	620	1291	1,77	2356
2,2	2,54	2,37	0,81	502	1,71	293	148	645	1265	1,76	2357
2,3	2,65	2,15	0,79	512	1,75	292	147	672	1245	1,75	2357
2,4	2,77	1,93	0,77	523	1,79	292	147	700	1216	1,75	2357
2,5	2,88	1,71	0,75	536	1,83	293	147	732	1181	1,76	2355
2,6	2,00	1,49	0,72	551	1,87	295	149	768	1139	1,77	2353
2,7	3,11	1,27	0,69	571	1,91	300	151	809	1087	1,80	2348

Встановлено, що дослідний (лабораторний) склад в порівнянні з оптимальним еквівалентним складом (Ц = 324 кг/м3 проти Ц = 292 кг/м3) має витрату цементу майже на 10% більше.

Таким чином, фізико-аналітичний метод проектування складів бетону призводить до більш точних результатів.

Вибрані склади бетону дозволили провести випробування різних властивостей бетону з оптимальною кількістю комплексного модифікатора 0,6-0,8 % від маси цементу.

У п'ятому розділі наведені результати експериментальних досліджень.

При використанні бетонних сумішей, що містять пластифікуючі добавки, важливими характеристиками є як досягнення початкового пластифікуючого ефекту, так і можливість зберігання його достатній час для технологічних переробок.

Вивчені технологічні властивості бетонної суміші з добавками, де як заповнювачі використовувались традиційні матеріали (пісок, щебінь).

Як показали дослідження, введення добавок МПДКк та МПДКк + ЛСТ підвищує рухомість бетонної суміші: з ОК = 4 см до ОК = 12 см для МПДКк та з ОК = 4 см до ОК = 22 см для МПДКк + ЛСТ.

Використання хімічних добавок зменшує водовідділення бетонної суміші. При цьому найменше водовідділення спостерігається в сумішах, які вміщують комплексні добавки МПДКк+ЛСТ в кількості 0,25+0,15% та 0,75+0,15% від маси цементу. Крім того, добавки підвищують водоутримуючу здатність та зменшують розшарування суміші на основі портландцементу.

Найбільшу збережуваність рухомості бетонної суміші протягом часу при забезпеченні високого пластифікуючого ефекту можна відмітити у комплексних добавках, що містять ЛСТ.

На підставі проведених досліджень можна зробити висновки, що бетонні суміші з добавками більш легкоукладальні, тому що деформації зсуву таких сумішей розвиваються більш інтенсивно (рис. 5).

Міцність бетону з добавками у віці 28 діб твердіння підвищується на 10-25 % у порівнянні з бетоном без добавки.

Теплова обробка підвищує ефективність використання добавок МПДКн та МПДКк, що сприяє зменшенню витрат цементу в бетоні, скороченню режиму тепловологої обробки та зниженню температури ізотермічного прогрівання (рис. 6).

За результатами експериментальних випробувань встановлено, що використання комплексних модифікаторів МПДКн та МПДКк підвищує міцність бетону, що твердіє в нормальних тепловологих умовах на 10-25 %. Приріст міцності бетону, що твердіє при ТВО, складає 20-30 %.

Як показують результати дослідів, бетон з добавкою МПДКк має морозостійкість вищу, ніж бетон без добавки. Після 200 циклів поперемінного заморожування та відтаювання зниження коефіцієнту морозостійкості спостерігається лише в бетоні без добавок.

Результати досліджень морозостійкості добре узгоджуються з даними досліджень міцностних характеристик бетонів з добавками МПДКк.

Проведеними дослідженнями встановлено, що використання модифікованого плаву дикарбонових кислот підвищує стійкість бетонних виробів в сульфатному агресивному середовищі, забезпечуючи більшу довговічність їх експлуатації, що пояснюється формуванням більш щільної структури, що знижує ймовірність сульфатної агресії в порах та тріщинах бетону.

Як показали результати електрохімічних випробувань стальної арматури в бетоні з добавками МПДКн і МПДКк, їх введення в бетон на портландцементі не підвищує струм пасивації, і значення не більше 10 мкА/см2 при потенціалі Е, що дорівнює +300 мВ. Таким чином, сталь в важкому бетоні з комплексними модифікаторами на основі модифікованого плаву дикарбонових кислот, знаходиться в пасивному стані.



ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Згідно з принципами фізико-хімічної механіки дисперсних систем, будови і механізму дії поверхнево-активних речовин (ПАР) показана можливість одержання лужних комплексних модифікаторів на основі низькомолекулярних аніонактивних ПАР з ряду дикарбонових кислот.

Встановлено, що сповільнення кінетики структуроутворення портландцементних композицій з добавками модифікованого плаву дикарбонових кислот забезпечує підвищення стабільності і збереження реологічної стійкості бетонних сумішей. Розроблено прогностичне рівняння в'язкості цементного тіста, розчинних і бетонних сумішей, які є основою для призначення складу бетону з комплексними модифікаторами.

На основі виконаного аналізу різних методів призначення складу бетону запропоновані основи фізико-аналітичного методу проектування складу бетону з комплексними модифікаторами. Розроблена система рівнянь для визначення якісних характеристик складових, а також властивостей бетонної суміші і бетону.

Оптимізація складів бетону в результаті розрахунку еквівалентного складу бетону можлива за будь-яким критерієм оптимальності - мінімальній витраті цементу, мінімальній вартості компонентів суміші, найбільшої міцності.

Встановлено, що введення добавок збільшує рухливість бетонної суміші з ОК = 4 см до ОК = 12 - 22 см, знижуючи водовідділення, підвищуючи водоутримуючу здатність і зменшуючи розшарування суміші. Забезпечуючи високий пластифікуючий ефект, введення добавок сприяє збереженню високої рухомості бетонної суміші в часі (1 - 2 год.). Бетонні суміші з добавками більш легкоукладальні, тому що деформація зсуву таких бетонних сумішей розвивається більш інтенсивно.

Виявлено вплив добавок на міцністні характеристики бетону. Встановлено, що застосування комплексних модифікаторів зі збільшенням рухомості бетонної суміші підвищує міцність бетону, що твердіє в нормальних температурно-вологих умовах, на 10-25 %. Приріст міцності бетону з добавками, що твердіє при ТВО, складає 20-30 %. Встановлено, що морозостійкість та сульфатостійкість бетону при введенні комплексних модифікаторів підвищується, а сталь в бетоні, вміщуючому добавки, знаходиться в пасивному стані.

Експериментальна перевірка результатів досліджень в умовах АТЗТ ”Завод залізобетонних виробів і конструкцій” показала технічну і економічну ефективність застосування у важкому бетоні комплексних модифікаторів на основі плаву дикарбонових кислот. Економічний ефект від застосування добавок досягається за рахунок зниження витрати цементу і складає 16647 грн./рік.



ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ ВИКЛАДЕНІ В ТАКИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Никифоров А.П., Пушкаренко О.А. Особенности производства бетонных работ с использованием бетононасосного транспорта / Строительство. Материаловедение. Машиностроение. Сб. науч. р. № 30 “Инновационные технологии диагностики, ремонта и восстановления объектов строительства и транспорта”. - Днепропетровск: ПГАСА, 2004.- С.50 - 52.

2. Здобувачем обґрунтована необхідність використання комплексних хімічних добавок поліфункціональної дії. Запропоновано використання комплексних модифікаторів в технології виробництва бетонних сумішей при використанні бетононасосного транспорту.

3. Никифоров А.П., Пушкаренко О.А., Матенчук Н.А. Технологические свойства цементных композиций, содержащих полифункциональные модификаторы / Материалы к 44-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов - МОК`44 “Моделирование и оптимизация в материаловедении”. - Одесса. - 2005. - С. 87 - 89.

4. Здобувачем проведені дослідження в напрямку вивчення кінетики структуроутворення цементних композицій при введенні МПДКН та МПДКК, вивчено вплив даних добавок на рухливість бетонних сумішей та деформації зсуву бетонних сумішей.

5. Никифоров А.П., Пушкаренко О.А., Матенчук Н.А. Физико-химические и технические свойства тяжелого бетона с добавками модифицированного плава дикарбоновых кислот / VII международная научно-практическая конференция “Дни современного бетона”. - Запорожье, 2005. С. 35 - 40.

6. Здобувачем досліджено вплив МПДКН та МПДКК, МПДКК та ЛСТ на швидкість осадження портландцементної суспензії.

7. Приходько А.П., Никифоров А.П., Пушкаренко О.А., Матенчук Н.А. Влияние комплексных модификаторов на глубину пластификации бетонных смесей / Строительство. Материаловедение. Машиностроение. Сб. научн. р. №35 “Инновационные технологии диагностики, ремонта и восстановления объектов строительства и транспорта”. - Днепропетровск: ПГАСА, 2005. - С. 131 - 138.

8. Здобувачем запропонована методика розрахунку складів важкого бетону з хімічними добавками, розраховані еквівалентні склади бетону з комплексними модифікаторами.

9. Савин Л.С., Григоренко А.Г., Федоренко С.В., Савин Ю.Л., Канда В.В., Спицин Ю.П., Прокопенко С.В., Положай С.Г., Пушкаренко О.А. Разработка теплоизоляционных композиций для ремонта искусственных инженерных сооружений / Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве. Сб. научн. р. - Вып.1. - Днепропетровск: ПГАСА, 2005. - С. 268 - 275.

10. Здобувачем запропоновано добавку на підставі відходів виробництва для поліпшення властивостей бетону.

11. Никифоров А.П., Пушкаренко О.А., Левченко Н.В., Матенчук Н.А. Повышение эффективности производства ячеистых бетонов применением химических добавок / Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве. Сб. научн. р. - Вып.2. - Днепропетровск: ПГАСА, 2005. - С. 112 - 116.

12. Здобувачем запропоновано використання комплексних модифікаторів МПДКН та МПДКК для поліпшення властивостей бетонів.

13. Пушкаренко О.А. Химические добавки для бетона на основе отходов производства адипиновой кислоты / Новини науки Придніпров'я. - 2005. - №3. - С. 32 - 35.

14. Здобувачем проведено експеримент, який був спрямований на одержання комплексних модифікаторів МПДКН та МПДКК та вивчення їх впливу на фізико-механічні властивості бетонів. Запропоновано механізм дії комплексних модифікаторів, систематизовані одержані експериментальні дані, зроблені висновки.

15. Никифоров А.П., Матенчук Н.А., Пушкаренко О.А., Горидько Д.О. Реологические свойства цементных композиций с комплексными модификаторами /Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту ім. академіка В. Лазаряна. Зб. наук. пр. - Вып.9. - Дніпропетровськ: ДНУЗТ ім. академіка В. Лазаряна, 2005. - С. 184 - 188.

16. Здобувачем проведені дослідження впливу комплексних модифікаторів МПДКН та МПДКК на реологічні властивості цементних композицій, систематизовані експериментальні дані, одержані висновки.



АНОТАЦІЯ

Вергун Оксана Олександрівна. Реологічні властивості бетонних сумішей та фізико-механічні характеристики важкого бетону з модифікованим плавом дикарбонових кислот. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2005.

Дисертаційна робота присвячена розробці нового комплексного модифікатора на основі плава дикарбонових кислот, модифікованого лугами NaOH або KOH та вивченню реологічних властивостей бетонних сумішей та фізико-механічних характеристик важкого бетону з отриманими добавками.

У роботі використані спеціальні і стандартні методики дослідження, що включають оптичну мікроскопію, рентегенофазовий аналіз, які дозволяють розкрити механізм дії комплексних модифікаторів на властивості цементних композицій і виявити основні закономірності зміни властивостей цементного тіста, цементного каменя, бетонної суміші і важкого бетону. Вперше показані особливості модифікації в досліджуваних системах, обумовлені застосуванням комплексних модифікаторів поліфункціональної дії.

Експериментальними дослідженнями показана висока ефективність хімічних добавок на основі плава дикарбонових кислот. Вивчення кінетики структуроутворення портландцементних композицій з добавками модифікованого ПДК показало підвищення стабільності і збереження реологічної стійкості бетонних сумішей.

На підставі закону Бінгама розроблено прогностичне рівняння в'язкості цементного тіста і бетонних сумішей, розчинів, що служать основою для призначення складів бетону з комплексними модифікаторами.

Виконаний аналіз різних методів призначення складів бетону і запропоновані основи физико-аналітичного методу проектування складів бетонів з комплексними модифікаторами.

Досліджені технологічні властивості технологічної суміші, що містить комплексні модифікатори. Встановлено, що застосування добавки МПДК збільшує рухливість бетонних сумішей з ОК=3 см до ОК=14 см, добавки МПДК+ЛСТ з ОК=4 см до ОК=22 см.

Як показали дослідження бетонні суміші з добавками більш легкоукладальні, оскільки деформації зсуву таких сумішей розвиваються більш інтенсивно.

В результаті дослідження встановлено, що застосування комплексних модифікаторів із збільшенням рухливості бетонної суміші підвищує міцність бетону, що твердіє в нормально-вологих умовах на 10-25%. Приріст міцності бетону з добавками, твердіючого при ТВО складає 20-30%.

На підставі проведених досліджень морозостійкості і сульфатостойкості бетону показано, що застосування комплексних модифікаторів підвищує морозостійкість і сульфатостойкость бетону.

Виявлено, що сталь в бетоні, що містить добавки, знаходиться в пасивному стані.

Відвідана дослідно-експериментальна перевірка результатів досліджень показала технічну і економічну ефективність застосування у важкому бетоні комплексних модифікаторів на основі лужних солей низькомолекулярних дікарбонових кислот.

В роботі використані сучасні методи дослідження:

Ключові слова: важкий бетон, властивості реологічні властивості, фізико-механічні властивості, плав дикарбонових кислот, луги, модифікація, міцність, морозостійкість, сульфатостійкість.



АННОТАЦИЯ

Вергун Оксана Александровна. Реологические свойства бетонных смесей и физико-механические характеристики тяжелого бетона с модифицированным плавом дикарбоновых кислот. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. - Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 2005.

Диссертация посвящена разработке новых комплексных модификаторов на основе плава дикарбоновых кислот и исследованию реологических свойств бетонных смесей и физико-механических характеристик тяжелого бетона с применением данных добавок.

В работе использованы специальные и стандартные методики исследования, включающие оптическую микроскопию, рентегенофазовый анализ, позволяющие раскрыть механизм действия комплексных модификаторов на свойства цементных композиций и выявить основные закономерности изменения свойств цементного теста, цементного камня, бетонной смеси и тяжелого бетона. Впервые показаны особенности модифицирования в исследуемых системах, обусловленные применением комплексных модификаторов полифункционального действия.

Экспериментальными исследованиями показана высокая эффективность химических добавок на основе плава дикарбоновых кислот. Установлено, что модифицирование ПДК NaOH и KOH приводит к увеличению значения рН среды. Изучение кинетики структурообразования портландцементных композиций с добавками модифицированного ПДК показало повышение стабильности и сохранение реологической устойчивости бетонных смесей.

На основании закона Бингама разработано прогностическое уравнение вязкости цементного теста, растворных и бетонных смесей, служащих основой для назначения составов бетона с комплексными модификаторами.

Выполнен анализ различных методов назначения составов бетона и предложены основы физико-аналитического метода проектирования составов бетонов с комплексными модификаторами. Показано, что заданным условиям прочности бетонов и требуемой консистенции бетонной смеси отвечает несколько различных составов бетона, эквивалентных по прочности и удобоукладываемости. Расчет табличных составов бетона с комплексными модификаторами и без них обеспечивает наглядность и оптимальные условия оптимизации составов бетона по любому критерию оптимальности.

Исследованы технологические свойства бетонной смеси, содержащей комплексные модификаторы. Установлено, что применение добавки МПДК увеличивает подвижность бетонных смесей с ОК=3 см до ОК=14 см, добавки МПДК+ЛСТ с ОК=4 см до ОК=22 см. Добавки снижают водоотделение, повышают водоудерживающую способность и уменьшают расслаиваемость смеси. Обеспечивая высокий пластифицирующий эффект, введение добавок способствует высокой сохраняемости подвижности бетонной смеси во времени (1-2 часа).

Как показали исследования бетонные смеси с добавками более удобоукладываемые, так как деформации сдвига таких смесей развиваются более интенсивно.

В результате исследования установлено, что применение комплексных модификаторов с увеличением подвижности бетонной смеси повышает прочность бетона, твердеющего в нормально-влажностных условиях на 10-25%. Прирост прочности бетона с добавками, твердеющего при ТВО составляет 20-30%.

На основании проведенных исследований морозостойкости и сульфатостойкости бетона показано, что применение комплексных модификаторов повышает морозостойкость и сульфатостойкость бетона.

Выявлено, что сталь в бетоне, содержащем добавки, находится в пассивном состоянии.

Проведанная опытно-экспериментальная проверка результатов исследований показала техническую и экономическую эффективность применения в тяжелом бетоне комплексных модификаторов на основе щелочных солей низкомолекулярных дикарбоновых кислот.

В работе использованы современные методы исследования:

Ключевые слова: тяжелый бетон, реологические свойства, физико-механические свойства, плав дикарбоновых кислот, щелочи, модификация, прочность, морозостойкость, сульфатостойкость.



THE SUMMARY

Vergun Oksana Alexandrovna. Rheological properties of concrete mixes and physico - mechanical characteristics of heavy concrete with modificated dicarbonic acids plav. - Manuscript.

This paper for scientific degree Candidate of sciences on speciality 05.23.05. - building materials and products. - Prydneprovskaya State Academy of civil engeneering and architecture, Dnepropetrovsk, 2005.

The paper is devoted to elaboration of new complex modifiers on base of modificated with alkalis NaOH or KOH dicarbonic acids plav.

It has been determined and experimentally substantiated that use of МПДКNa and МПДКkа made it possible to increase the durable characteristics of heavy concrete by 10-15% upon condition of normal temperature and humid hardening and the same by 20-30% of damp processing of concrete.

The gained optimum concentrations of the complex additives for concrete are studied.

On the base of experimental and theoretical researches are offered physical and chemical essence of the action of the complex МПДКNa and МПДКkа additives on concrete mixtures and concrete.

Are designed compositions of heavy concrete with complex МПДКNa and МПДКkа additives.

Key words: dicarbonic acids plav, heavy concrete, rheological properties, physico-mechanical properties, alkali, durability, modification, frost resistance, corrosion resistance.

Размещено на Allbest.ru

...