Сухі будівельні суміші з базальтовими волокнами для влаштування елементів підлоги

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний вищий навчальний заклад «ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ»

Саламаха Ліна Вікторівна

УДК 666. 914.5:663.543:002.68

Сухі будівельні суміші з базальтовими волокнами для влаштування елементів підлоги

05.23.05 - будівельні матеріали та вироби

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 2010

ДИСЕРТАЦІЄЮ Є РУКОПИС

Робота виконана в Державному вищому навчальному закладі «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор

Дерев'янко віктор Миколайович,

Державний вищий навчальний заклад «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури»,

професор кафедри технології будівельних матеріалів, виробів та конструкцій.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Нетеса Микола Іванович, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, завідувач кафедри будівельного виробництва та геодезії;

доктор технічних наук, професор Дворкін Олег Леонідович, Національний університет водного господарства та природокористування, професор кафедри технології будівельних виробів та матеріалознавства.

Захист відбудеться 17 червня 2010 р. о 15⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 при Державному вищому навчальному закладі «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного вищого навчального закладу «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» (49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а).

Автореферат розісланий 14 травня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Т.С. Кравчуновська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Якісне влаштування підлоги під час будівництва, модернізації та реконструкції адміністративних, торгових, освітніх, розважальних, складських приміщень, терміналів митниці, будівель аеропортів є дуже важливим, оскільки вартість робіт із улаштування підлоги складає 10-15% від вартості зведення будівлі (при капітальному ремонті - до 30% вартості кошторису), або 40% від вартості оздоблювальних робіт.

Найбільш суттєвими недоліками розчинових сумішей на основі мінеральних в'яжучих, що застосовуються для влаштування елементів підлоги, є їх низька зносостійкість, міцність при вигині, ударна в'язкість та підвищене пиління при абразивних навантаженнях. Для вирішення вищевказаних проблем використовуються різноманітні технологічні прийоми, які полягають у зміцненні поверхні за допомогою рідких та сухих зміцнювачів на стадії влаштування або через певний відрізок часу. Але такі дії призводять до значного підвищення вартості самої підлоги, а також до збільшення витрат на її експлуатацію.

Застосування сумішей, що містять дискретні волокна, дозволяє знизити товщину шару без втрати міцності, збільшити експлуатаційний період, знизити витрати на ремонт покриття. Найбільш розповсюдженим є дисперсне армування за допомогою поліпропіленових та металевих волокон. Поліпропіленові волокна застосовуються в сумішах для влаштування підлоги в якості вторинного армування, при цьому вони не замінюють конструктивної арматури. Використання металевої фібри ускладнює технологічний процес, а іноді є просто неможливим. Альтернативою може стати застосування мінеральних волокон з високим модулем пружності.

Разом з тим залишається невирішеним ряд питань, пов'язаних з визначенням впливу параметрів волокон на властивості суміші, процеси твердіння та подальшу експлуатацію підлоги, з забезпеченням технологічних та експлуатаційних характеристик готового матеріалу на різних стадіях твердіння. Тому розробка дисперсно-армованих базальтовими волокнами сумішей є одним з актуальних напрямків наукових досліджень, що сприяють підвищенню експлуатаційних характеристик підлоги.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у відповідності з науково-дослідною роботою кафедри технології будівельних матеріалів, виробів та конструкцій Державного вищого навчального закладу «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» (ДВНЗ «ПДАБтаА») «Розробка енергозберігаючих технологій будівельних матеріалів та виробів на основі вторинних матеріальних ресурсів» (№ держреєстрації 0106U002023, 2006 - 2009 р., рівень участі - виконавець), а також господарчим договором №520 «Дисперсно-армовані суміші для підлог» (№ держреєстрації 0107U008793, 2006 р., рівень участі - виконавець).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення міцнісних та зниження деформативних характеристик розчинів на основі сухих будівельних сумішей для влаштування елементів підлоги за рахунок армування мінеральними дискретними базальтовими волокнами.

Для досягнення мети необхідно розв'язати наступні основні завдання:

ѕ теоретично обґрунтувати вибір шляхів підвищення показників міцності розчинів на основі сухих будівельних сумішей для влаштування елементів підлоги за рахунок дисперсного армування базальтовими волокнами;

ѕ встановити вплив параметрів дискретних базальтових волокон на фізико-механічні властивості розчинів на основі сухих будівельних сумішей для влаштування елементів підлоги;

ѕ дослідити закономірності та характер зміни реологічних властивостей розчинових сумішей, що містять базальтові волокна;

ѕ розробити оптимальні склади дисперсно-армованих розчинів для влаштування елементів підлоги;

ѕ розробити технологію виготовлення сухих будівельних сумішей, що містять дискретні базальтові волокна;

ѕ провести дослідно-промислову перевірку застосування оптимальних складів розчинів, що містять волокна, а також визначити техніко-економічну ефективність їх застосування.

Об'єкт дослідження: процеси структуроутворення розчинів, що містять дискретні мінеральні волокна, а також вплив дискретних волокон на їх основні фізико-механічні та технологічні властивості.

Предмет дослідження: сухі будівельні суміші на основі цементних в'яжучих, що містять дискретні мінеральні волокна, для влаштування елементів підлоги.

Методи дослідження. При проведенні досліджень в ході виконання дисертаційної роботи були використані стандартні методи визначення фізико-механічних властивостей розчинів для влаштування елементів підлоги згідно ДСТУ П.Б.В. 2.7-126:2006 «Сухі будівельні суміші модифіковані. Загальні технічні умови», ДСТУ Б В.2.7-23-95 «Розчини будівельні. Загальні технічні умови»; ГОСТ 5802-86 «Растворы строительные. Методы исследований», ДБН В.2.6-22-2001 «Влаштування покриттів з застосуванням сухих будівельних сумішей», а також нестандартні методики при визначенні реологічних властивостей розчинових сумішей. Для дослідження модуля пружності розчинової суміші була використана ультразвукова установка, що розроблена в Одеській державній академії будівництва та архітектури. Хімічний склад, корозійна стійкість та мікроструктура були досліджені методами хімічного аналізу, світлової та електронної мікроскопії, рентгеноструктурним методом аналізу та методом диференційно-термічного аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів:

теоретично обґрунтована та експериментально підтверджена гіпотеза про підвищення фізико-механічних властивостей розчинів на основі сухих будівельних сумішей із дискретними базальтовими волокнами різної довжини. Підвищення міцності на ранніх стадіях твердіння пов'язано зі структуруванням суміші фібровими включеннями, збільшенням внутрішнього тертя та обмеженим переміщенням компонентів матриці в присутності волокон. Підвищення показників міцності на пізніх стадіях є результатом гідратаційних процесів при твердінні цементного каменю і формування структури перехідного шару «волокно-матриця». Так, найбільш ефективними параметрами армуючого компоненту на ранніх термінах твердіння є l=5 мм, d=20 мкм, µ=0,4%, що дозволяють знизити деформації на 15-25% та підвищити показники міцності на 30-40%. Оптимальні параметри в віці 28 діб - l=12 мм, d=20 мкм, µ=0,4% (удосконалено);

встановлена залежність показників міцності від співвідношення вмісту в'яжучого та дискретних волокон. Вперше отримані рівняння регресії, що пов'язують параметри дискретних базальтових волокон (діаметру, довжини та вмісту) з характеристиками міцності. В сумішах, що містять портландцемент марки 400 в кількості 30-35%, армування базальтовими волокнами різної довжини (l=5 мм в кількості 0,1% та l=12 мм в кількості 0,1%) дозволяє підвищити міцність при стиску в 1,5-2 рази;

встановлено, що стійкість базальтових волокон в лужному середовищі портландцементу (рН=12-13,5), що містить 0,1-0,5 г/л Ca(OH)₂, 0,1-0,2% R₂O (Na₂O и K₂O), може знизитися на 5-10% тільки в перші 3-6 місяців за рахунок утворення раковин гідратними фазами, що формуються в кристалічному стані. При діаметрі більше 15 мікрон цей процес носить уповільнений характер, а руйнування волокна відбувається на глибину до 4 мкм (отримало подальший розвиток);

встановлено механізм впливу довжини дискретних волокон на характер руйнування розчинів, що затверділи. При вмісті волокон більше 0,1% та довжині 5 мм крихкий характер руйнування змінюється на пружно в'язкий (отримало подальший розвиток).

Практичне значення одержаних результатів:

ѕ розроблені склади сухих будівельних сумішей, що містять базальтові волокна різної довжини для влаштування елементів підлоги (стяжки: вміст портландцементу - 30-35%, вміст піску - 65-70%, вміст волокна довжиною 5 мм - 0,1%, вміст волокна довжиною 12 мм - 0,1%; прошарку підлоги: вміст портландцементу - 30-35%, вміст піску - 65-70%, вміст волокна довжиною 5 мм - 0,1%, вміст волокна довжиною 12 мм - 0,1%, вміст добавки пластифікатора - 1%; покриття підлоги: вміст портландцементу - 30-35%, вміст піску - 65-70%, вміст волокна довжиною 5 мм - 0,1%, вміст волокна довжиною 12 мм - 0,1%, вміст добавки пластифікатора - 0,5% (вміст базальтового волокна та добавки пластифікатора вказано у % від маси цементу));

ѕ розроблена схема подачі та дозування базальтових волокон для виробництва сухих будівельних сумішей, до складу яких входять базальтові волокна;

ѕ результати дисертаційної роботи використані при виготовленні дослідно-промислової партії сухої будівельної суміші для влаштування покриття підлоги;

ѕ при влаштуванні покриття з розчину на основі розробленої сухої будівельної суміші за рахунок зниження товщини шару досягається економічний ефект - 0,5 грн. / мм·м². Загальний економічний ефект складає 4541грн. 42 коп./1000 м² при зниженні товщини покриття з 30 мм до 21 мм, під розрахункове навантаження 1050 Н.

Особистий внесок здобувача полягає в вивченні стану проблеми виробництва сухих будівельних сумішей для влаштування елементів підлоги, теоретичному обґрунтуванні та експериментальному підтвердженні закономірностей впливу основних параметрів базальтового волокна на властивості розчинів на основі сухих будівельних сумішей, до складу яких входять базальтові волокна, розробці складів та дослідженні їх властивостей, в промисловому виготовленні дослідної партії сухих будівельних сумішей для влаштування елементів підлоги та участі в проведенні дослідно-промислових досліджень.

Особистий внесок здобувача в наукові роботи, опубліковані у співавторстві, полягає в наступному:

– вивчено вплив параметрів армуючого компонента на реологічні властивості розчинів [1];

– розроблено та досліджено склади добавок на основі відходів цукрового виробництва та газової промисловості для збільшення часу придатності суміші [2];

– досліджено можливості та доведено ефективність застосування дисперсного армування волокнами для підвищення фізико-механічних характеристик композиційних матеріалів [3, 7, 13, 17];

– розроблено та оптимізовано склади змішаного в'яжучого для виготовлення сухих будівельних сумішей [4], а також досліджено властивості сухих будівельних сумішей на основі гіпсоцементношлакових в'яжучих [14];

– визначено вплив параметрів базальтових волокон (довжини, діаметру, вмісту) на властивості бетонів та бетонних сумішей для влаштування елементів підлог [5, 9];

– виконано порівняльний аналіз ефективності застосування добавок пластифікаторів для виготовлення цементно-піщаних розчинів [6, 15, 18];

– досліджено вплив параметрів базальтових волокон (довжини, діаметру, вмісту) на властивості цементно-піщаного розчину та розчинових сумішей для влаштування елементів підлоги [8], на структуру та властивості дисперсно-армованих сумішей [10], запропоновано гіпотезу про підвищення показників міцності високоміцних бетонів [11];

– проведено аналіз будови підлоги як конструкції і можливості застосування сухих будівельних сумішей для влаштування елементів підлоги [12];

– виконано дослідження з розробки та оптимізації складів комплексних добавок для виготовлення розчинових сумішей [16].

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на конференціях: Міжвузівській науково-практичній конференції молодих вчених «Наука та техніка: перспективи ХХІ сторіччя» (м. Дніпропетровськ, 2004 р.); II Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Хімія та сучасні технології» (м. Дніпропетровськ, 2005 р.); VI Регіональній науково-практичній конференції «Якість житлового середовища» (м. Дніпропетровськ, 2007 р.); 46 Міжнародному семінарі з моделювання та оптимізації композитів (м. Одеса, 2007 р.); III Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Хімія та сучасні технології» (м. Дніпропетровськ, 2007р.); VI науково-практичному семінарі «Структура, властивості та склад бетону» (м. Київ, 2007 р.); Міжнародному симпозіумі «Міжрегіональні проблеми екологічної безпеки» (м. Одеса, 2007 р.); VII науково-практичному семінарі «Структура, властивості та склад бетону» (м. Київ, 2008 р.); III Всеукраїнській науковій конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Хімічні проблеми сьогодення» (м. Донецьк, 2009 р.); XIX Міжнародній науково-технічній конференції «Стародубовські читання - 2009» (м. Дніпропетровськ, 2009 р.); IV Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Хімія та сучасні технології» (м. Дніпропетровськ, 2009 р.); IX Українській науково-практичній конференції «Якість житлового середовища - 2009» (м. Дніпропетровськ, 2009 р.); III Всеукраїнській науково-технічній конференції «Сучасні технології бетону» (м. Київ, 2009 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 18 праць, з них 10 - статті у наукових фахових виданнях, що входять до переліку, затвердженого ВАК України, та 8 - тези доповідей на науково-практичних конференціях і семінарах.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, переліку умовних позначень, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та 4 додатків. Загальний обсяг дисертації складає 182 сторінки. Дисертація містить 44 рисунків, 22 таблиць, список використаних джерел складається зі 155 найменувань, що викладені на 16 сторінках, та додатки на 13 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі розкрито актуальність роботи, сформульовано мету та завдання досліджень, викладено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, особистий внесок здобувача, наведено дані щодо апробації та публікацій.

В першому розділі систематизовано дані літературного огляду за тематикою досліджень. Розглянуто питання, пов'язані з вивченням технологічних проблем виробництва сумішей, до складу яких входять волокна; основних вимог, що пред'являються до сумішей для влаштування підлоги, а також номенклатуру матеріалів для влаштування підлоги.

Підлога в громадських та промислових будівлях - це один з основних елементів конструкцій будівлі, який сприймає експлуатаційні навантаження і на якому відбувається весь виробничий процес та життєдіяльність людей.

При влаштуванні підлоги найбільш часто використовують розчини на основі мінеральних в'яжучих, оскільки вони мають багато позитивних властивостей. Але є також ряд недоліків, що пов'язані з низькою міцністю розчину при вигині та зносостійкістю, а також підвищеним виділенням пилу при абразивних навантаженнях.

Останні дослідження, проведені в області модифікації сумішей для влаштування підлоги, пов'язані з введенням до їх складу добавок пластифікаторів, регулюванням процесів гідратації в'яжучого, що застосовується при приготуванні суміші, додаванням полімерних волокон та добавок полімерного походження, редисперсійних полімерних порошків, оптимізацією гранулометричного складу суміші та ін.

Дисперсне армування - це один з ефективних способів підвищення показників міцності та зниження деформативних характеристик розчинів для влаштування елементів підлоги. Сутність дисперсного армування полягає в тому, що волокна за своєю природою здатні сприймати більші напруження, ніж матриця розчину, тим самим зміцнюючи матеріал. Найбільша ефективність дисперсно-армованого розчину досягається за допомогою правильного підбору властивостей його компонентів. Властивості розчину як композиційного матеріалу визначаються властивостями його компонентів, а сам матеріал являє собою композиційний матеріал з додатково розподіленою в об'ємі фібровою арматурою.

На основі літературного огляду та попередніх досліджень, проведених в лабораторії кафедри технології будівельних матеріалів, виробів та конструкцій Державного вищого навчального закладу «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», була запропонована наукова гіпотеза, яка полягає в наступному: шляхом введення дискретних мінеральних волокон з високим модулем пружності можливо ліквідувати головний недолік розчинів на основі мінеральних в'яжучих - низьку зносостійкість, а також підвищити їх міцність та експлуатаційні характеристики. Крім того, в роботі пропонується підбір добавок пластифікаторів для зменшення водопотреби та підвищення рухомості розчинової суміші, яка містить волокна.

У другому розділі проведено обґрунтування використаних сировинних матеріалів, представлені їх властивості, а також методики планування експериментів та обробки отриманих результатів.

В якості в'яжучого для виготовлення дисперсно-армованої розчинової суміші був використаний портландцемент марки 400 Балаклеївського комбінату. Як дрібний заповнювач використано Дніпровський кварцовий пісок з модулем крупності М_кр = 2,83.

В якості армуючого компоненту застосовували рублений базальтовий ровінг виробництва ТОВ «ТехнобазальтІНВЕСТ» (м. Славута, Україна), характеристики якого представлені в таблиці 1.

Дослідження рухомості суміші з дискретними волокнами проводилось з використанням сухих добавок пластифікаторів вітчизняного та закордонного виробництва: С-3, Релаксол Супер ПЛ, УП-2М, УП-7, УП-2С, Експрес-Пласт.

В роботі використані як стандартні, так і нестандартні методи випробування матеріалів для влаштування підлоги, що розроблялися.

Визначення впливу базальтових волокон на властивості розчинових сумішей виконувалось шляхом порівняння показників дисперсно-армованих та неармованих складів. Визначення фізико-механічних характеристик складів: рухомість, міцність при стиску, міцність при згині та інших, виконувалось згідно до ДСТУ-П Б В.2.7-126:2006, ДСТУ Б.В.2.7.-23-95, ГОСТ 5802-86.

Таблиця 1. Характеристики базальтових волокон

№ п/п	Показник	Одиниці вимірювання	Значення
1	Діаметр волокна	мкм	13…20
2	Довжина волокна	мм	5…12
3	Тип замаслювача	-	ПВА
4	Вологість	%, не більше	1,2
5	Діапазон робочих температур	0С	-260…+982
6	Щільність	г/см3	2,8
7	Подовження	%	4,5…8

Хімічний склад, корозійну стійкість, мікроструктуру досліджувалися методами хімічного аналізу, світлової та електронної мікроскопії, рентгеноструктурним методом аналізу та методом диференційно-термічного аналізу.

У третьому розділі виконано аналіз і проведені додаткові експериментальні дослідження стійкості базальтових волокон в середовищі твердіючого портландцементу, визначено вплив параметрів армуючого компонента на властивості цементно-піщаного розчину, вивчено процеси твердіння дисперсно-армованих сумішей, визначено вплив дисперсного армування на структуру та властивості розчинових сумішей на ранніх та пізніх термінах твердіння.

Визначення стійкості базальтових волокон показало, що їх міцність в лужному середовищі портландцементу може зменшуватися на 5-10% тільки в перші 3-6 місяців за рахунок утворення раковин гідратними фазами, що формуються в кристалічному стані. При діаметрі волокон більше 15мкм цей процес носить уповільнюючий характер, а руйнування поверхні волокон відбувається на глибину не більше 4 мкм.

Відсутність хімічної деградації базальтових волокон після річного перебування в середовищі твердіючого портландцементу також підтверджується проведеними в роботі електронно-мікроскопічним аналізом та механічним випробуванням волокон та армованих зразків.

Для визначення впливу параметрів даного типу волокон (довжини, діаметру та вмісту) на властивості сумішей для влаштування підлоги (В/Ц, міцність при згині та міцність при стиску в віці 3 та 28 діб) були проведені дослідження з використанням повнофакторного експерименту ПФЕ-2⁴. В якості факторів впливу були визначені: діаметр, довжина та вміст волокна, а також вміст портландцементу в суміші. Згідно матриці планування проведено ряд експериментів, за результатами яких складені рівняння регресії та побудовані діаграми взаємного впливу вхідних факторів на властивості цементно-піщаного розчину.

Характерною особливістю застосування базальтового волокна для дисперсного армування є вплив його довжини на міцність розчину. Так, при введенні до складу суміші коротких базальтових волокон (5 мм) збільшення показників міцності спостерігається на ранніх стадіях твердіння, а введення довгих волокон (12 мм) - на пізніх стадіях твердіння. Визначення характеристик міцності за допомогою руйнівних методів випробувань виявило, що армування дискретними волокнами змінює крихкий характер руйнування на пружно пластичний. Внаслідок цього підвищується надійність конструкцій та безпека їх експлуатації.

На другому етапі проведено дослідження впливу одночасного армування волокнами різної довжини на деформаційно-міцнісні характеристики цементно-піщаних розчинів.

Для цього було складено план експерименту - ПФЕ-2². В якості факторів впливу обрані: вміст базальтового волокна довжиною 5 мм та 12 мм.

Згідно матриці планування проведено ряд експериментів, за результатами яких складені рівняння регресії:

В/Ц = 0,6375 - 0,0175 Ч Х₁ + 0,0325 Ч Х₂ + 0,0175 Ч Х₁ Ч Х₂;

R_зг^{3 діб} = 2,6125 + 0,3375 Ч Х₁ - 0,1625 Ч Х₂ - 0,1875 Ч Х₁ Ч Х₂;

R_ст^{3 діб} = 7,94 - 0,11 Ч Х₁ - 0,64 Ч Х₂ + 0,41 Ч Х₁ Ч Х₂;

R_зг^{28 діб} = 4,9 - 0,24 Ч Х₁ - 0,06 Ч Х₂ + 0,1 Ч Х₁ Ч Х₂;

R_ст^{28 діб} = 24,8 - 0,1 Ч Х₁ - 0,3 Ч Х₂ + 0,4 Ч Х₁ Ч Х₂;

а також побудовані діаграми взаємного впливу вхідних факторів на властивості цементно-піщаного розчину.

Дослідження показали, що додавання до складу цементно-піщаного розчину базальтових волокон різної довжини дозволяє знизити загальні сумарні витрати базальтового волокна в 2 рази, при цьому підвищення показників міцності досягається як на ранніх, так і на пізніх стадіях твердіння.

Також був визначений взаємозв'язок твердіючої структури та властивостей розчинів, до складу яких входять базальтові волокна.

Активну роль армуючих волокон у процесі структуроутворення цементних матриць підтверджують експериментальні дослідження сумішей, що містять волокна. Аналіз даних показує, що додавання до складу суміші дискретних волокон та зумовлене цим підвищення показників міцності на ранніх стадіях твердіння пов'язано з структуруванням суміші фібровими включеннями, підвищенням внутрішнього тертя та обмеженим переміщуванням складових частин матриці в присутності волокон.

У четвертому розділі виконано оптимізацію розроблених складів дисперсно-армованих сухих будівельних сумішей для влаштування елементів підлоги. Вивчено вплив деяких добавок пластифікаторів на властивості цементно-піщаного розчину. Розглянуто вплив волокон та добавок пластифікаторів на реологічні властивості дисперсно-армованих сумішей.

Найбільш важливим фактором при розробці сухих будівельних сумішей та дослідженні властивостей складів для влаштування підлоги є регулювання їх рухомості при збереженні показників міцності цих сумішей. Використання пластифікаторів в даних сумішах значно спрощує вирішення питання, однак слід враховувати той факт, що номенклатура вітчизняних добавок пластифікаторів, що випускаються в сухому вигляді, досить обмежена, а застосування іноземних добавок пластифікаторів значно збільшує вартість суміші. Введення до сухої будівельної суміші дискретних базальтових волокон призводить до збільшення в'язкості суміші, а це вимагає коригування рухомості суміші за рахунок добавок пластифікаторів.

Пластифікуючий ефект визначається зміною води сольватних оболонок частинок цементних новоутворень. При адсорбції поверхневоактивних речовин на поверхні твердої фази кількість води сольватних оболонок знижується, а кількість вільної води зростає. Це призводить до покращення реологічних характеристик суміші, але процеси структуроутворення та твердіння цементу при цьому трохи уповільнюються.

Дія пластифікуючих добавок зводиться до уповільнення процесів гідратації розчину на основі сухої будівельної суміші, а також до зниження інтенсивності збільшення в'язкості тіста в розчинових сумішах на початковій стадії твердіння.

В ході проведених досліджень розв'язувались питання, пов'язані з вивченням впливу деяких добавок пластифікаторів на основні властивості розчинових сумішей та розчинів, а також ефективності їх застосування.

В якості добавок пластифікаторів були обрані: С-3, Релаксол Супер ПЛ, Експрес-Пласт, УП-2С, УП-2М, УП-7.

При проведенні досліджень добавки додавались в сухому вигляді у кількості від 0,1 до 2% від маси цементу в цементно-піщаний розчин із співвідношенням компонентів в суміші Ц:П=1:3, після чого в готову, перемішану до однорідного стану суміш додавалась вода. Для кожного складу були визначені В/Ц цементно-піщаного розчину, міцність при згині та міцність при стиску після теплової обробки та при твердінні в нормальних умовах протягом 28 діб.

За результатами досліджень побудовані графіки залежності основних властивостей від % вмісту добавки в цементно-піщаному розчині.

На підставі аналізу отриманих залежностей встановлено, що найбільш ефективною є добавка УП-2С, оскільки ця добавка забезпечує максимальне збільшення рухомості суміші без втрати показників міцності.

Додавання добавки УП-2С до складу дисперсно-армованої суміші дозволяє скоригувати рухомість суміші, а також застосовувати отримані суміші для влаштування прошарків та покриттів підлоги.

В результаті проведених досліджень, що направлені на коригування рухомості складів, розроблені наступні рецептури сухих будівельних сумішей (маса волокна та добавки вказана в % від маси цементу):

- суміш для влаштування стяжок підлоги: Ц = 35%, П = 65%, базальтове волокно довжиною 5 мм = 0,1%, базальтове волокно довжиною 12 мм = 0,1%;

- суміш для влаштування прошарку підлоги: Ц = 35%, П = 65%, базальтове волокно довжиною 5 мм = 0,1%, базальтове волокно довжиною 12 мм = 0,1%, добавка УП-2С = 1,0%;

- суміш для влаштування покриття підлоги: Ц = 35%, П = 65%, базальтове волокно довжиною 5 мм = 0,1%, базальтове волокно довжиною 12 мм = 0,1%, добавка УП-2С = 0,5%.

Розроблені склади сухих будівельних сумішей можуть застосовуватися для влаштування елементів підлоги в приміщеннях з низькими та середніми навантаженнями.

В дисертаційній роботі виконані дослідження з визначення зміни модуля пружності цементно-піщаного розчину при додаванні до його складу дискретних базальтових волокон. Дослідження показали, що при додаванні базальтових волокон до складу цементно-піщаного розчину швидкість проходження ультразвукової хвилі через суміш, що твердіє, зменшується. Це свідчить про переструктурування суміші.

У п'ятому розділі наведені результати дослідно-промислового впровадження розроблених сухих будівельних сумішей для влаштування підлог, а також розрахунок їх техніко-економічної ефективності.

На підприємстві ТОВ «Майстер ЗБК Україна» виготовлено дослідно-промислову партію сухої будівельної суміші для влаштування покриття підлоги за розробленою рецептурою, з якої влаштовано покриття адміністративної будівлі площею 1000 м². Проведені в лабораторії підприємства випробування по визначенню фізико-механічних властивостей виготовленої суміші підтвердили результати дисертаційної роботи та відповідність цієї суміші вимогам відповідних стандартів.

Технологія улаштування покриття підлоги з розробленої сухої будівельної суміші аналогічна технології виготовлення покриття підлоги з базової (звичайної) сухої будівельної суміші для влаштування підлоги та складається з наступних технологічних операцій: виготовлення розчинової суміші шляхом змішування сухої суміші з водою в змішувачі примусової дії; зміщування розчинової суміші в розчинозмішувачі до досягнення необхідного коефіцієнту однорідності (0,9-0,95); подача суміші до місця укладання. Укладання виготовленої розчинової суміші виконується шляхом саморозтікання на необхідній площі поверхні, якщо потрібно вирівнювання поверхні суміші виконується рейкою.

Техніко-економічна ефективність розробленої сухої будівельної суміші для влаштування покриття підлоги розрахована на основі порівняння собівартості розроблених матеріалів та звичайних неармованих сумішей на основі портландцементу.

Економічний ефект досягається при укладанні розчину на основі сухої будівельної суміші за рахунок зниження товщини шару, що укладається, та складає 0,5 грн./ммЧм². Загальний економічний ефект складає 4541 грн. 42 коп. / 1000 м² при зниженні товщини покриття з 30 мм до 21 мм, під розрахункове навантаження 1050 Н.

сухий суміш підлога волокно

Висновки

На підставі виконаних досліджень, викладених в дисертаційній роботі, обґрунтовані, сформульовані і реалізовані пропозиції, сукупність яких можна кваліфікувати як теоретичне узагальнення і нове вирішення актуального науково-прикладного завдання з підвищення міцнісних та зниження деформативних характеристик розчинів на основі сухих будівельних сумішей для влаштування елементів підлоги за рахунок армування мінеральними дискретними базальтовими волокнами різної довжини.

Основні висновки за результатами виконаних досліджень зводяться до наступного:

1. На основі проведеного літературного огляду теоретично обґрунтовано вибір напрямку підвищення показників міцності сухих будівельних сумішей для влаштування елементів підлоги, за рахунок дисперсного армування базальтовими волокнами. У результаті порівняльного аналізу стійкості базальтових та інших мінеральних волокон в середовищі, що імітує середовище твердіючого портландцементу, виявлено: базальтові волокна за своєю стійкістю в середовищах Ca(OH)₂, Na₂O, K₂O, що відповідають твердючій системі портландцементу, поступаються тільки цирконієвим волокнам, та є більш стійкими по відношенню до інших мінеральних волокон. Стійкість базальтових волокон може знижуватися в лужному середовищі, яке утворюється під час твердіння портландцементу, на 5-10% в перші 3-6 місяців за рахунок утворення на поверхні волокна раковин гідратними фазами, що формуються в кристалічному стані. При діаметрі більше 15 мкм цей процес носить затухаючий характер, а руйнування поверхні волокна відбувається на глибину не більше 4 мкм.

2. Встановлено вплив параметрів дискретних базальтових волокон на фізико-механічні властивості розчинів на основі сухих будівельних сумішей для влаштування елементів підлоги. Найбільш ефективними параметрами армуючого компонента на ранніх стадіях твердіння є: l=5 мм, d=20 мкм, µ=0,4%, які дозволяють знизити деформативні властивості на 15-25% та підвищити показники міцності на 30-40% та відповідно в віці 28 діб - l=12 мм, d=20 мкм, µ=0,4%. Підвищення міцності на ранніх стадіях твердіння пов'язано з структуруванням суміші фібровими включеннями, підвищенням внутрішнього тертя та обмеженим зсувом компонентів матриці в присутності волокон. Підвищення показників міцності на пізніх стадіях твердіння є результатом гідратаційних процесів при твердінні портландцементного каменю. Наявність в композиційному матеріалі базальтових волокон створює основу, на якій формується міцний та щільний шар новоутворень - контактна зона.

3. Встановлений механізм впливу довжини дискретних волокон на характер руйнування розчинів, що затверділи. При вмісті волокон більше 0,1% та довжині 5 мм і більше крихкий характер руйнування змінюється на пружно в'язкий. Встановлена залежність показників міцності від співвідношення в'яжучого та дискретних волокон. Вперше отримані рівняння регресії, що пов'язують основні параметри дискретних базальтових волокон з характеристиками міцності.

4. Вивчена можливість та доказана ефективність застосування волокон різної довжини в одній суміші. Введення до складу цементно-піщаного розчину базальтових волокон різної довжини дозволяє знизити загальні сумарні витрати базальтових волокон в 2 рази, при цьому підвищення характеристик міцності спостерігається як на ранніх, так і на пізніх стадіях твердіння.

5. Вивчено вплив різноманітних сухих добавок пластифікаторів вітчизняного та зарубіжного виробництва на основні властивості цементно-піщаного розчину ( В/Ц, міцність на стиск, міцність при згині у віці 3 та 28 діб). Встановлено, що для досягнення оптимального пластифікуючого ефекту, без втрати показників міцності суміші, а також з урахування характерних особливостей пластифікуючих добавок, найбільш ефективною є добавка УП-2С (максимальний вміст 1,2% від маси в'яжучого).

6. Для коригування рухомості отриманих складів дисперсно-армованих сумішей з метою їх застосування для влаштування прошарку та покриття підлоги була виконана їх оптимізація шляхом введення до складу добавки пластифікатора. Введення добавки пластифікатора дозволило скоригувати та підібрати необхідну рухомість сумішей для влаштування елементів підлоги на базі розробленого складу сухої будівельної суміші, без зниження показників міцності оптимізованих складів сухої будівельної суміші. Додавання 1% добавки (від маси цементу) дозволяє отримати суміші для влаштування прошарку підлоги, а додавання 0,5 % добавки (від маси цементу) - суміш для влаштування покриття підлоги.

Розроблені склади сухих будівельних сумішей можуть застосовуватися для влаштування елементів підлоги в приміщеннях з низькими та середніми навантаженнями.

7. Дослідно-промислові випробування розробленого складу сухої будівельної суміші, з якої було влаштоване покриття підлоги адміністративної будівлі площею 1000 м², підтвердили результати лабораторних досліджень та відповідність цієї сухої будівельної суміші вимогам нормативних документів. Економічний ефект при влаштуванні покриття з розчину на основі розробленої сухої будівельної суміші досягається за рахунок зниження товщини шару та складає - 0,5 грн./мм·м². Загальний економічний ефект складає 4541 грн. 42 коп. / 1000 м² при зниженні товщини шару покриття з 30 мм до 21 мм, під розрахункове навантаження 1050 Н.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Скидан Л. В. Реологические свойства дисперсно-армированных смесей / Н.В. Кондратьева, М.И. Шибко, Л.В. Скидан // Новини науки Придніпров'я. - 2006. - №2. - С. 34-37.

2. Скидан Л. В. Исследование влияния комплексной добавки на свойства гипсобетона / В.Н. Деревянко, Л.В. Скидан, С.А. Набокова // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - 2006. - №4. - С. 15-19.

3. Скидан Л. В. Дисперсно армированные промышленные полы / В.Н. Деревянко, Л.В. Скидан // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури.- Одеса: Зовнішрекламсервіс, 2007. - Вип. №27. - С. 142-144.

4. Скидан Л. В. Сухие строительные смеси на основе гипсоцементношлакового вяжущего / В.Н. Деревянко, Л.В. Скидан, Али М.Н. Салах // Строительство, материаловедение, машиностроение - Днепропетровск: ПГАСА, 2007. - Вып. 40. - С. 51-55.

5. Скидан Л.В. Дисперсно-армированные бетоны / В.Н. Деревянко, Л.В. Скидан, Н.В. Кондратьева, А.Г. Чумак // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури . - 2007. - №7. - С. 13-16.

6. Скидан Л. В. Определение эффективности добавок пластификаторов отечественного производства / В.Н. Деревянко, Л.В. Скидан, Али М.Н. Салах // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - 2007. - №11. - С. 28-35.

7. Саламаха Л.В. Композиционные материалы, армированные дискретными волокнами / В.Н. Деревянко, Л.В. Саламаха, Л.А. Потийко, Е.Г. Кушнир, Н.П. Евсеенко, Л.С. Соколова, Т.А. Щелокова // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСА, 2009. - Вып. 48, ч. 2. - С. 131-137.

8. Саламаха Л.В. Дисперсно-армированные растворы для устройства стяжек полов / В.Н. Деревянко, Л.В. Саламаха // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСА, 2009. - Вып. 49. - С. 26-30.

9. Саламаха Л.В. Дисперсно-армированные бетоны для устройства полов / В.Н. Деревянко, Л.В. Саламаха // Будівельні конструкції. - К.: ДП НДІБК, 2009. - Вип. 72. - С. 488-492.

10. Саламаха Л. В. Влияние полипропиленовых волокон на реологические свойства дисперсно-армированных смесей / В.Н. Деревянко, Е.Г. Кушнир, Л.В. Саламаха // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: Місто Майстрів, 2009. - Вип. №35. - С. 118-124.

11. Skidan L.V. Durability of high-performance concrete / V.N. Derevianko, O.V. Shapovalova, L.V. Skidan // Наука і техніка: перспективи ХХІ століття: міжвузівська науково-практична конференція, 7 грудня 2004р.: тези доповідей. - Дніпропетровськ: ПДАБтаА, ІБФО, 2004. - С. 13-14.

12. Скидан Л.В. Сухие строительные смеси для устройства полов / Л.В. Скидан, В.Ю. Мороз, А. Саллах, В.Н. Деревянко // Хімія і сучасні технології: ІІ міжнародна науково-практична конференція студентів і аспірантів та молодих вчених, 26-28 квітня 2005 р.: тези доповідей. - Дніпропетровськ, 2005. - С. 217.

13. Скидан Л.В. Влияние дисперсного армирования на прочность матрицы / Л.В. Скидан, Л.А. Потийко, Али М.Н. Салах // Хімія і сучасні технології: ІІІ міжнародна науково-практична конференція студентів і аспірантів та молодих вчених, 22-24 травня 2007 р.: тези доповідей. - Дніпропетровськ, 2007. - С. 230.

14. Скидан Л.В. Смешанные вяжущие для устройства полов / В.Н. Деревянко, Л.В. Скидан, М.Н. Али Салах, М.И. Шибко // Моделювання в комп'ютерному матеріалознавстві: матеріали до 46-го міжнародного семінару з моделювання і оптимізації композитів - МОК'46, 26-27 квітня 2007р. - Одеса: Астропринт, 2007. - С. 145-146.

15. Скидан Л. В. Определение эффективности добавок пластификаторов / В.Н. Деревянко, Л.В. Скидан, А.Г. Чумак // Структура, властивості та склад бетону: VI науково-практичний семінар, 7 листопада 2007р.: матеріали семінару. - К.: ТОВ «ПОЛІПРОМ» , 2007. - С. 83-88.

16. Саламаха Л.В. Исследование и разработка составов комплексных добавок / В.Н. Деревянко, Л.В. Саламаха, Н.П. Евсеенко, Т. Щелокова // Структура, властивості та склад бетону: VII науково-практичний семінар: зб. матеріалів. - К.: ТОВ «ПОЛІПРОМ», 2008. - С. 137-144.

17. Саламаха Л. В. Дисперсно-армированные композиционные материалы / Л.В. Саламаха, Н.П. Евсеенко, В.Н. Деревянко // Хімічні і сучасні технології: ІV міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих учених, 22-24 квітня 2009 р.: тези доповідей. - Дніпропетровськ, 2009. - С. 255.

18. Саламаха Л.В. Химические добавки для бетонов / Л.В. Саламаха, Н.П. Евсеенко, В.Н. Деревянко // Хімічні проблеми сьогодення: ІІІ всеукраїнська наукова конференція студентів, аспірантів та молодих учених, 17-19 березня 2009 р.: тези доповідей. - Донецьк: ДонНУ, 2009. - С. 23.

АНОТАЦІЯ

Саламаха Л.В. Сухі будівельні суміші з базальтовими волокнами для влаштування елементів підлоги. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби. - Державний вищий навчальний заклад «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», Дніпропетровськ, 2010.

Дисертаційна робота присвячена питанням розробки та дослідження сухих будівельних сумішей, що містять базальтові волокна, для влаштування елементів підлоги. Робота направлена на підвищення міцнісних та зниження деформативних характеристик будівельних розчинів на основі сухих будівельних сумішей для влаштування елементів підлоги, за рахунок дисперсного армування базальтовими волокнами різної довжини.

В роботі, на основі лабораторних досліджень, підтверджена можливість регулювання основних фізико-механічних характеристик сухих будівельних сумішей внаслідок введення до складу дисперсних базальтових волокон. Встановлено вплив параметрів армуючого компонента (довжини, діаметру, вмісту базальтового волокна) на властивості цементно-піщаного розчину для влаштування елементів підлоги. Проілюстрована можливість та доцільність введення в суміш волокон різної довжини та доведена ефективність такого армування.

Вивчена структура отриманих дисперсно-армованих сумішей, а також стійкість базальтових волокон в середовищі твердіючого портландцементу.

Попередньо досліджено вплив добавок пластифікаторів на властивості цементно-піщаних розчинів і виконано оптимізацію складів розроблених сухих будівельних сумішей.

Виконано дослідно-промислове впровадження та розрахунок економічної ефективності розроблених складів сухих будівельних сумішей для влаштування елементів підлог.

Ключові слова: розчини, базальтові волокна, пластифікатори, сухі суміші, підлога, дисперсне армування.

АННОТАЦИЯ

Саламаха Л.В. Сухие строительные смеси с базальтовыми волокнами для устройства элементов пола. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. - Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», Днепропетровск, 2010.

Диссертационная работа посвящена вопросам разработки составов и исследования свойств сухих строительных смесей, содержащих базальтовые волокна, для устройства элементов пола. Работа направлена на повышение прочностных и снижение деформационных характеристик строительных растворов на основе сухих строительных смесей для устройства элементов пола за счет дисперсного армирования базальтовыми волокнами различной длины.

В работе на основании лабораторных исследований подтверждена возможность регулирования основных физико-механических характеристик сухих строительных смесей путем введения в состав дисперсных базальтовых волокон.

С целью обоснования возможности применения базальтовых волокон в составах сухих строительных смесей для устройства элементов пола был выполнен анализ стойкости базальтовых волокон в среде твердеющего портландцемента.

Установлено влияние параметров армирующего компонента (длины, диаметра, содержания базальтового волокна) на свойства цементно-песчаного раствора для устройства элементов пола. По результатам исследований построены диаграммы взаимного влияния параметров базальтовых волокон на свойства смеси, а также получены уравнения регрессии, связывающие основные параметры дискретных базальтовых волокон с прочностными характеристиками раствора. На основании проведенных исследований определено, что характерной особенностью применения базальтового волокна для дисперсного армирования цементно-песчаного раствора является влияние его длины на прочность смеси. Так, введение в состав коротких волокон (5 мм) позволяет получить прирост прочностных показателей на ранних сроках твердения, а введение длинных волокон (12 мм) - на поздних сроках твердения. В работе определено, что длина волокна предопределяет характер разрушения затвердевших растворов, о чем свидетельствует изменение стандартной схемы разрушения образцов.

Показана возможность и целесообразность введения в смесь волокон разной длины. Доказана эффективность дисперсного армирования базальтовыми волокнами разной длины. Рассмотрена структура полученных дисперсно-армированных смесей.

Для корректировки подвижности полученных составов дисперсно-армированных смесей, с целью их применения для устройства прослоек и покрытий пола, была выполнена их оптимизация путем введения в состав добавки пластификатора УП-2С. Предварительно исследовано влияние добавок пластификаторов на свойства цементно-песчаных растворов. Введение добавки пластификатора позволило скорректировать и подобрать требуемую подвижность смесей для устройства элементов пола на базе разработанного состава сухой строительной смеси, без снижения прочностных характеристик оптимизированных составов сухих строительных смесей.

В работе выполнено опытно-промышленное внедрение и расчет экономической эффективности разработанных составов сухих строительных смесей для устройства элементов пола. Проведенные опытно-промышленные испытания по определению физико-механических свойств выпущенной смеси подтвердили результаты диссертационных исследований и соответствие этой сухой строительной смеси требованиям стандартов. Технико-экономическая эффективность разработанной сухой строительной смеси для устройства покрытия пола рассчитана на основе сравнения себестоимости разработанных материалов и обычных смесей на основе портландцемента. Экономический эффект достигается при укладке раствора на основе сухой строительной смеси за счет снижения толщины укладываемого слоя и составляет 0,5 грн./мм·м².

Ключевые слова: растворы, базальтовые волокна, пластификаторы, сухие смеси, пол, дисперсное армирование.

SUMMARY

Salamakha L.V. Dry building mixes with basalt fibers for floor elements. - Manuscript.

Thesis on competition of a Degree of the Candidate of Technical Sciences on a Specialty 05.23.05 - building materials and articles. - State Higher Educational Establishment “Pridneprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture”, Dnipropetrovsk, 2010.

Thesis is devoted to the development and study of compositions and properties of dispersion-reinforced dry building mixes for floor elements. The research aim is study of the possibility of increasing strength and reducing the deformation characteristics of mortars for floors due to dispersed reinforcement with basalt fibers of varying lengths.

On the basis of laboratory studies the possibility of regulating the basic physical and mechanical characteristics of dry building mixes by the introduction of the discrete basalt fibers is confirmed in the work. The influence of the parameters of the reinforcing component (length, diameter, the content of basalt fiber) on the properties of cement-sand mortar for floor elements is determined. The possibility of introducing of fibers of different lengths in the mix is shown. The effectiveness of dispersed reinforcement with basalt fibers of different lengths is proved.

The structure of the obtained dispersion-reinforced mixes, as well as the resistance of basalt fibers in the environment of hardening Portland cement is considered.

Optimization of compositions of developed dry building mixes by introducing a plasticizer is performed. The effect of plasticizers on the properties of cement-sand mortars is studied previously.

The experimental and industrial application and calculation of cost-effectiveness of the developed compositions of dry building mixes for floor elements is made in this work.

Key words: mortar, basalt fibers, plasticizers, dry mixes, floor, disperse reinforcement.

Размещено на Allbest.ru

...