Високоміцні тонкозернисті бетони з комплексно модифікованою мікроструктурою

Таким чином, встановлені закономірності адсорбції суперпластифікаторів з індивідуальних розчинів і сумішей підтверджують доцільність виготовлення бетонної суміші за роздільною технологією, що виключає конкурентну адсорбцію аніонних суперпластифікаторів на позитивно заряджених центрах адсорбції поверхні твердої фази. При цьому ефективним способом регулювання величини адсорбції є попередня обробка мінеральних порошків в полі коронного розряду.

Застосування електроактивованих дисперсних компонентів в складах бетонних сумішей може бути одним з чинників управління реологічними властивостями, структуроутворення і забезпечення необхідних показників якості штучних конгломератів. Так, інтенсифікацію гідратації портландцементу, активованого в електричному полі коронного розряду, можна прослідкувати за результатами досліджень кінетики тепловиділення (рис. 3).

Дослідження ефективної в'язкості тонкозернистих бетонних сумішей (кульковий вібровіскозиметр) показують, що додавання до їх складу меленого вапняку і шамотно-каолінового пилу замість частини цементу значно підвищує показник вібров'язкості, а меленого шлаку ТЕС - знижує. Попередня обробка вапняку в полі позитивної корони призводить до зниження ефективної в'язкості бетонної суміші переважно в діапазоні водоцементного відношення В/ц=0,4...0,45, у більш рухомих сумішах цей ефект зменшується.

Зниження вібров'язкості сумішей з добавкою меленого шлаку ТЕС досягається при обробці шлаку в електричному полі як позитивної, так і негативної корони. обробка шамотно-каолінового пилу в полі коронного розряду практично не відбивається на зміні показників ефективної в'язкості бетонних сумішей. В той же час, незважаючи на прояв реологічного ефекту в бетонних сумішах, що містять електроактивовані мінеральні добавки, для забезпечення високої технологічності сумішей необхідне комплексне модифікування структури з використанням ефективних суперпластифікаторів, що підтверджується результатами експериментів з дослідження седиментації мінеральних дисперсій.

Четвертий розділ присвячений дослідженням впливу електричного поля коронного розряду на пуцоланову активність мінеральних добавок з відходів промисловості. Виконано оцінку ефективності комбінованих модифікаторів на основі двох суперпластифікаторів і мінеральної добавки, дослідження структури і властивостей цементних паст і каменя в'яжучого з добавкою агломерованого мікрокремнезему з шламонакопичувачів Стаханівського заводу феросплавів.

При дослідженні пуцоланової активності компонентів золошлакової суміші Вуглегірської ТЕС - золи-винесення і меленого шлаку, встановлено, що, незважаючи на практично однаковий їх хімічний склад, ступінь кристалічності даних речовин значно відрізняється. Результати РФА (Дрон-3, напруга 40 кВ, струм розжарення 30 А, швидкість зйомки 1°/хв., катод Cu(Ni)) показують, що зола-винесення містить значну кількість добре закристалізованих мінералів (характерні дифракційні відбиття кварцу, гематиту, муліту, польового шпату). В той же час рентгенограма меленого шлаку представлена плавною лінією з незначними за інтенсивністю піками кварцу. З цієї причини пуцоланова активність за поглинанням гідроксиду кальцію для золи-винесення становить 20 мг/г, для меленого шлаку - 29 мг/г. Добавка до складу тонкозернистої бетонної суміші меленого шлаку, модифікованого суперпластифікатором С-3, замість частки портландцементу, призводить до підвищення межі міцності бетону при стиску як в пізні, так і в ранні терміни тверднення. Якщо ж замість меленого шлаку використовується зола-винесення такого ж ступеня дисперсності, то має місце уповільнення міцності бетону в ранньому віці. Зниження уповільнюючого впливу золи-винесення на кінетику зростання міцності бетону в ранні терміни тверднення може бути досягнуте при її попередній обробці в електричному полі коронного розряду.

Ступінь гідратації золи-винесення визначали методом селективного розчинення ("selective dissolution method"), запропонованого японськими вченими (P. Termkhajornkit, T. Nawa). Він полягає у визначенні кількості золи-винесення, що не прореагувала в гідратованій цементно-зольній пасті, яка залишається після послідовного розчинення тонкоподрібненого каменя в'яжучого розчинами 2 N HCl і 5 % Na₂CO₃.

Встановлено, що обробка золи-винесення в полі коронного розряду підвищує її ступінь гідратації в 1,4 рази в порівнянні з неактивованим зразком. Цей ефект можна пояснити з позицій електроповерхневих взаємодій в цементній пасті, що твердне. Обробка золи-винесення в полі коронного розряду при негативній полярності електроду призводить до посилення кислотних властивостей поверхні, що повинне відбиватися на активізації кислотно-основних реакцій в цементній пасті. Крім того, далеко діючі ефекти електрично активного рельєфу твердої фази повинні активізувати масообмінні процеси в цементній системі, здійснювати вплив на склад продуктів гідратації, що формуються.

Диференційний термогравіметричний аналіз (дериватограф Q-1500) каменя в'яжучого показує, що загальні втрати маси цементного каменя з добавкою активованої золи на 9,5 % вище ніж контрольного зразку. На кривих DTA зразків відмічені ідентичні ендотермічні ефекти, проте глибина эндоефекту в температурному інтервалі з максимумом 140-155C, який відповідає процесу дегідратації гідросилікатного гелю (видалення міжплощинної вологи з низькоосновних гідросилікатів кальцію), більш інтенсивна для цементного каменя з добавкою активованої золи. В той же час глибина ендопіку з максимумом 480-490C (дегідратація гідрату окису кальцію) нижча, ніж у контрольного зразка. За даними РФА інтенсивність дифракційних відбитків портландиту для обох складів відрізняється незначно. Проте відносна інтенсивність ліній низькоосновних гідросилікатів кальцію цементного каменя з активованою золою в порівнянні з контрольним складом вище: d=0,304 нм - 1,67; 0,280 нм - 1,33; 0,182 нм - 2,3; 0,167 нм - 1,4. Це підтверджує гіпотезу про вплив активних центрів поверхні мінеральних добавок, концентрацію яких можна регулювати при обробці в полі коронного розряду, на процеси гідратації в'яжучої речовини.

Останнім часом як пуцоланова добавка широко застосовується термоактивований каолін, або метакаолін Al₂Si₂O₇ - аморфізований продукт дегідратації каолініту. Недоліком метакаоліну є висока водопотреба, а також значні витрати енергії на дегідратацію вихідної сировини. В зв'язку з цим перспективними є алюмосилікатні матеріали з відходів промисловості, зокрема шамотно-каоліновий пил (ШКП) обертових печей випалу шамоту.

Комплексом методів ДТГ, РФА, ІЧС, хімічного та седиментаційного аналізу встановлено, що ШКП містить до 20-25 % вихідного каолініту, муліт, кристобаліт і, в основному, аморфізований каолініт. Питома поверхня ШКП складає 0,4-0,5 м²/г. Вміст частинок розміром менше 20 мкм складає: для ШКП - близько 75 %, для термоактивованого каоліну - 50 %. Проте в останньому міститься значно більше частинок розміром менше 2,8 мкм - 22 проти 7 %. Дослідження водопотреби змішаних в'яжучих показують, що збільшення вмісту обох добавок спричиняє пропорційне зростання нормальної густини тіста в'яжучих. Однак зростання водопотреби при введенні ШКП значно нижче, ніж при додаванні метакаоліну, оскільки нормальна густина самих цих добавок складає відповідно 37,5 і 62 %, що дозволяє додавати ШКП у більш великій кількості, чим термоактивований каолін. Для підвищення пуцоланової активності ШКП рекомендується нетривала термічна обробка при температурі 750-800С і електрична активація в полі коронного розряду, що забезпечує одержання каменя в'яжучого (80 % ПЦ + 20 % ШКП) з межею міцності при стиску на 48 % вище в порівнянні з контрольним складом (100 % ПЦ).

Таким чином, показано, що мінеральні добавки з відходів промисловості - зола-винесення та тонкоподрібнений шлак ТЕС, шамотно-каоліновий пил, мають достатньо високу пуцоланову активність, що підвищується в результаті електричної активації в полі коронного розряду. Ці добавки можуть служити компонентами комбінованих органо-мінеральних модифікаторів, частково заміщаючи дефіцитний кондиційний мікрокремнезем. В той же час мінеральні добавки, що входять до складу органо-мінеральних модифікаторів, можуть суттєво впливати на ефективність суперпластифікаторів. У зв'язку з цим на першому етапі розробки складів поліфункціональних модифікаторів виконана оцінка ефективності комплексів з двох суперпластифікаторів і мінеральної добавки.

Використано суперпластифікатори різного речовинного складу: поліметиленнафталінсульфонат (С-3); лігносульфонат технічний модифікований (ЛСТМ); модифікований акриловий полімер DYNAMON SP-1 (Mapei); суперпластифікатор меламіноформальдегідний Woerment FM-27 (DEGUSSA) і модифікований полікарбоксилатний ефір Woerment FM-794 (DEGUSSA). Як мінеральні добавки використані мелений шлак Вуглегірської ТЕС, шамотно-каоліновий пил Володимирського вогнетривкого комбінату, мелений доменний граншлак Донецького металургійного заводу, мелений вапняк Комсомольського рудоуправління.

Із застосуванням дисперсійного аналізу по схемі греко-латинського квадрату 44 встановлено, що оптимальним є склад модифікатора, що складається з меленого шлаку ТЕС, розріджувача С-3 і суперпластифікатора на основі полікарбоксилатного ефіру в співвідношенні 50 : 50. При цьому для досягнення максимального ефекту модифікування комплексною добавкою прийнято наступну технологічну послідовність перемішування тонкозернистої бетонної суміші. До ретельно перемішаних заповнювачів з портландцементом додається частка води замішування (70 % від загальної витрати) з суперпластифікатором на основі ПКЕ (FM-794). Окремо у високошвидкісному змішувачі-активаторі готується органо-мінеральна суспензія, що містить мінеральну добавку, суперпластифікатор С-3 і залишкову частку води замішування (30 %), після чого готова органо-мінеральна суспензія додається в бетонну суміш і перемішується протягом п'яти хвилин. При такій схемі виробництва бетонної суміші виключається конкурентна адсорбція двох аніонних суперпластифікаторів на позитивно заряджених функціональних групах поверхні портландцементу, а також досягається більш високий ступінь диспергування мінеральної добавки. Останнє набуває дуже великого значення у разі використання як мінеральної добавки ущільнених форм кремнеземного пилу, зокрема агломерованого мікрокремнезему з суспензій.

За даними СЕМ (РЕММА-102-02, SELMI) (рис. 4) в мікроструктурі каменя в'яжучого, одержаного при твердненні цементу з добавкою мікрокремнезему з шламонакопичувачів (склад 1), виявлені крупні кулясті агломерати розміром до 500 мкм.

Додавання до складу цементної пасти двох суперпластифікаторів (С-3 і FM-34) (склад 2) зменшує кількість крупних агломератів мікрокремнезему, проте вміст частинок розміром 50 мкм в структурі цементного каменя залишається досить високим. Попереднє диспергування мікрокремнезему в розчині С-3 (склад 3) різко зменшує вміст крупних агломератів в структурі цементного каменя, в ще більшій мірі це виявляється, коли дисперсні компоненти попередньо оброблені у високовольтному полі коронного розряду (склад 4).

У п'ятому розділі виконано оптимізацію складу органо-мінеральних модифікаторів за критерієм міцності бетону і рухливості бетонних сумішей, приведено результати досліджень механічних і реологічних властивостей бетонів в умовах короткочасного і тривалого навантаження, міцності бетону при осьовому розтягу, на розтяг при вигині, міцності зчеплення бетону і сталевої арматури, а також основних фізичних властивостей. Показано можливість використання високоміцних тонкозернистих бетонів при відновленні і ремонті залізобетонних конструкцій.

Встановлено, що оптимальне дозування добавки С-3 складає 1,5 % від маси в'яжучого (портландцемент + мінеральна добавка), що відповідає максимальному значенню межі міцності при стиску і середній щільності бетону. При такій витраті добавки можливе одержання бетонних сумішей з водов'яжучим відношенням В/(ПЦ+МД)=0,28, які характеризуються високою зв'язністю і тиксотропією. Подальше зниження водов'яжучого відношення до значення 0,26 вимагає підвищення витрати добавки суперпластифікатора, хоча навіть при дозуванні 2 % не забезпечується одержання бетонної суміші нормальної легкоукладальності. В результаті відбувається зниження середньої щільності бетону і, як наслідок, межі міцності при стиску.

В разі використання у складі бетону модифікованого полікарбоксилатного ефіру (СП FM-794) його дозування знижується для досягнення бетонною сумішшю необхідної легкоукладальності. При цьому середня щільність бетону не змінюється так різко при варіюванні дозування суперпластифікатору і водов'яжучого відношення, як у випадку використання поліметиленнафталінсульфонату (С-3). Оптимальним дозуванням суперпластифікатора FM-794 є діапазон 0,75-1,0 %.

Оптимізація складу комбінованого модифікатора бетону, що містить агломерований мікрокремнезем і комплексний суперпластифікатор - ПКЕ (Woerment FM-794) та ПНС (С-3), виконана з використанням повного трифакторного експерименту. Як параметри оптимізації прийнято: Y₁ - межа міцності при стиску бетону у віці 28 діб нормального тверднення, МПа - не менше 70; Y₂ - рухливість бетонної суміші (розтікання мініконусу), мм - не менше 160.

Області оптимальних складів комбінованого модифікатору приведені на рис. 6. Для подальших досліджень прийнято такий склад:

- вміст мікрокремнезему у в'яжучому (ПЦ + МК) - 25-27 %;

- загальна витрата комплексного суперпластифікатора від маси в'яжучого в перерахунку на суху речовину - 1,20 % (1,60-1,65 % від маси портландцементу);

- вміст в комплексному СП добавки С-3 - 0,4-0,5 %, FM-794 - 0,8-0,7 %. Раніше показано, що розмелений до питомої поверхні не менше 400 кг/м² шлак Вуглегірської ТЕС та шамотно-каоліновий пил мають високу пуцоланову активність і можуть використовуватися у складі комбінованого модифікатору як часткова заміна мікрокремнезему. Органо-мінеральний модифікатор, що містить у своєму складі агломерований мікрокремнезем (ОММ-1), одержано спільним помелом з шлаком ТЕС, який служить як добавка, що важко розмелюється й інтенсифікує процес подрібнення мікрокремнезему, що легко розмелюється. Добавка суперпластифікатора С-3 забезпечує зниження поверхневої енергії порошку, що утворюється при помелі, і запобігає агрегації частинок.

Механічні і реологічні властивості модифікованих високоміцних бетонів в умовах короткочасного і тривалого навантаження досліджували на зразках двох складів. Бетон з крупним заповнювачем - склад 1, кг/м³: ПЦ I-42,5 N - 545; ОММ-1 - 190; П (М_к=2,2) - 660; Щ (5-20 мм) - 870; С-3 (у складі ОММ-1) - 3,8; FM-794 - 16,8 л; В/Ц - 0,31); тонкозернистий бетон з відсівом подрібнення гранітного щебеню (ВПЩ) - склад 2, кг/м³: ПЦ I-42,5 N - 728; ОММ-1 - 236; ВПЩ (0,14-5 мм) - 1036; З-В - 164; С-3 (у складі ОММ-1) - 4,7; FM-794 - 22,6 л; В/Ц - 0,26).

Дисперсні компоненти бетонних сумішей попередньо були оброблені в електричному полі коронного розряду при наступних режимах: портландцемент - U=+23 кВ; I=50 А; ОММ-1 - U=-22 кВ; I=35 А.

Бетони досліджуваних складів випробовували у віці 28 і 78 діб нормального тверднення. Вимірювання лінійних подовжніх і поперечних деформацій зразків виконано індикаторами годинникового типу ИЧ-10 і МИГ-2 на базі вимірювання відповідно 250 і 100 мм. Навантаження зразків здійснювали ступенями величиною по 0,1 від розрахункового граничного навантаження з п'ятихвилинною витримкою на кожному ступені. Початковий модуль пружності і коефіцієнт поперечних деформацій визначали відповідно до ГОСТ 24452-80, граничні деформації фіксували при максимальному рівні напруження. Деформації повзучості визначали при завантаженні зразків бетону у віці 109 діб від моменту формування. Режим завантаження - жорсткий, з миттєвим прикладанням навантаження до рівня =/R_b=0,6 (протягом години) і подальшою витримкою протягом 90 діб. Випробування проводилися при температурі навколишнього середовища t=16-20С і відносній вологості =705 %.

Руйнування бетону зразків-призм крихке і супроводжується сильним звуковим ударом з утворенням і швидким розкриттям похилої магістральної тріщини для зразків з тонкозернистого бетону і роздробленням на дрібні шматки - для зразків з крупнозернистого бетону. Це пояснюється більш високою однорідністю структури високоміцного тонкозернистого бетону.

Механічні і деформаційні характеристики високоміцних бетонів з крупним заповнювачем (склад 1) і тонкозернистих бетонів (склад 2) становлять відповідно: міцність кубів (28 діб) - R₁R₂=118-122 МПа; призмена міцність (78 діб) - R_b1=100 МПа, R_b2=99,8 МПа; початковий модуль пружності - E_b1=40,1 ГПа, E_b2=44,1 ГПа; деформації усадки (201 діб) - _b1=64,3•10^-5, _b2=47,4•10^-5; міра повзучості (201 діб, рівень навантаження з=у/R_b=0,6) - С₁=2,65•10^-5, С₂=3,31•10^-5; граничні деформації повзучості (з=у/R_b=0,6) _b1=168•10^-5, _b2=188•10^-5, залишкові деформації при розвантаженні зразків - _b1=48,7•10^-5, _b2=46•10^-5.

З метою компенсації усадки високоміцного тонкозернистого бетону розроблено склад органо-мінерального модифікатору ОММ-2, який окрім агломерованого мікрокремнезему і шлаку ТЕС містить алюмосилікатну добавку у вигляді шамотно-каолінового пилу та гіпсовий камінь.

Добавка в органо-мінеральний модифікатор ОММ-2 шамотно-каолінового пилу і гіпсу замість частки мікрокремнезему призводить до незначного зниження рухливості тонкозернистої бетонної суміші (склад 3, ОК=15 см) у порівнянні зі складом 2 на основі ОММ-1 (Ок=18 см) при однаковому водов'яжучому відношенні 0,19. В той же час незначне підвищення водов'яжучого відношення до 0,21 забезпечує одержання литої бетонної суміші (склад 4), що відповідає категорії Self-Compacting Concrete з діаметром розтікання стандартного конусу 564 мм.

Деформації усадки тонкозернистого бетону у віці 90 діб тверднення для зразків складів 3 і 4 складають, відповідно 10,610^-5і 14,110^-5 - на 79 і 71,5 % менше порівняно з складом 2 (49,610^-5), рис. 8. При цьому стабілізація показників усадки настає достатньо рано - в межах 40 діб тверднення бетону. Зниження величини деформацій усадки бетону пов'язане з утворенням у складі продуктів гідратації в'яжучого етрінгіту, а також моносульфоалюмінату кальцію.

Встановлено, що в проектному віці межа міцності при стиску зразків тонкозернистого бетону з добавкою сталевої мікрофібри в кількості 55 кг/м³ - склад 5, вище порівняно з бетоном на крупному заповнювачі (склад 1) на 40 % (табл. 2). Ця різниця більш суттєва для показників межі міцності бетону на розтяг при вигині і при осьовому розтягу - відповідно на 113 і 124 %. Звертає на себе увагу також факт, що міцність зчеплення бетону і арматури для обох складів вище за міцність при осьовому розтягу, особливо для тонкозернистих бетонів.

Використання у складах тонкозернистих бетонів ефективних органо-мінеральних модифікаторів на основі мінеральних добавок з відходів промисловості (мікрокремнезем, шамотно-каоліновий пил, шлак ТЕС), дозволяє одержувати бетони з високими експлуатаційними характеристиками - атмосферостійкість більше 100 циклів; морозостійкість 300 циклів (при насиченні в розчині хлористого натрію 5 %-ної концентрації). Сталева мікрофібра у складі тонкозернистого бетону забезпечує більш високі показники морозостійкості (F 350).

Модифіковані тонкозернисті бетони характеризуються високою корозійною стійкістю до дії різних агресивних середовищ, зокрема кислот, що зумовлює можливість їх використання при виготовленні різних контейнерів для утилізації і зберігання агресивних речовин.

Високоміцні тонкозернисті бетони можуть успішно застосовуватися для ремонту, зміцнення і відновлення будівельних конструкцій. Зміцнення зразків звичайного бетону (ЗБ - R₂₈=28,5 МПа; R_bt28=5,2 МПа) шаром високоміцного тонкозернистого бетону (ТБ - R₂₈=145,4 МПа; R_bt28=9,5 МПа) у вигляді обойми завтовшки 5 мм забезпечує міцність ремонтованого бетону РБ - R₅₆=55,4 МПа, R_bt28=7,8 МПа, тобто коефіцієнти зміцнення мають такі значення:

В шостому розділі приведені результати розрахунків техніко-економічної ефективності способу активації дисперсних компонентів в електричному полі коронного розряду, а також розроблених складів модифікованих бетонів за результатами впровадження.

Спосіб активації дисперсних компонентів бетонної суміші в електричному полі коронного розряду впроваджено підприємством "Стакон", м. Донецьк при виробництві залізобетонних виробів з модифікованих дрібнозернистих бетонних сумішей на основі композиційних цементів (річний економічний ефект 378,3 тис. грн. за рахунок економії портландцементу, 2008 р.).

Розроблено склад швидкотверднучої сухої бетонної суміші наливного типу, призначеної для високоточної цементації (монтажу) обладнання і металоконструкцій, який за показниками якості відповідає складу торгівельної марки EMACO®S33 (MASTERFLOW®980). Промислове впровадження розробленого складу здійснено при реконструкції фундаменту підіймальної машини головного ствола ДП "ВК "Краснолиманська" при виконанні робіт з монтажу опорних сталевих плит барабана підіймальної машини.

Строки тужавлення бетонних сумішей при твердненні при температурі навколишнього повітря +14С становлять:

- EMACO®S33 - початок 3,1 години; кінець 4,2 години;

- тонкозернистий бетон з ОММ-2 - початок 2,5 години; кінець 3,5 години.

Кінетика зростання міцності бетону представлена на рис. 9. Встановлено, що, незважаючи на досить низьку температуру навколишнього повітря (у нічні години +8…10С), бетони обох складів інтенсивно набирали міцність, яка після 24 і 48 годин тверднення для складів EMACO®S33 і тонкозернистого бетону з ОММ-2 становить відповідно 38 і 50 МПа; 32 і 46 МПа. Це забезпечило скорочення термінів проведення комплексу робіт з заміни підіймальної машини на дві доби. Економічний ефект становить 134,0 тис. грн. (2008 р.).

Розроблено "Технологічний регламент виробництва сухих будівельних сумішей для ремонту бетонних і залізобетонних конструкцій, високоточної цементації (монтажу) обладнання і металоконструкцій" - впроваджено підприємством "Стакон", м. Донецьк.

Розроблені склади комбінованих органо-мінеральних модифікаторів характеризуються високою ефективністю при застосуванні у складах важкого бетону середнього класу за міцністю при стиску - B40. В технології збірного залізобетону при виробництві стійок електричної мережі (ЗАТ "Бетон Нова", с.м.т. Миронівський) досягнуто зниження тривалості теплової обробки бетону та собівартості бетонної суміші за умови набуття бетоном виробів міцності розпалублення не менше 70 % проектної (економічний ефект 99,8 тис. грн., 2008 р.). При виробництві товарних бетонних сумішей ("ТВП ЛІОС", м. Донецьк) досягнуто зниження собівартості на 49,9 грн./м³ (економічний ефект 73,1 тис. грн. за рахунок зниження витрати портландцементу, 2008 р.).

Виконано порівняльні розрахунки монолітного залізобетонного каркасу будівлі БЦ "Донецьк Сіті" висотою 78,6 м (фундаментна плита, перекриття на відм. +0,000 м, міжповерхові перекриття, залізобетонні колони) з застосуванням бетону двох видів:

1) важкого бетону класу В30 (розрахунковий опір R_b=17,5 МПа, Е=32,510³МПа);

2) високоміцного бетону класу В100, модифікованого комбінованим органо-мінеральним модифікатором ОММ-1 (R_b=78,5 МПа, Е=5210³ МПа).

Показано, що в результаті зменшення поперечного перерізу / товщини залізобетонних елементів та діаметру стрижньової арматури досягається економія бетону у кількості 1280 м³ (70,5 тис. грн. з урахуванням збільшення вартості високоміцного бетону), арматурної сталі - 3,21 т (14,4 тис. грн.). Загальний економічний ефект становить - 84,9 тис. грн.

ВИСНОВКИ

Вирішено важливу народногосподарську проблему - підвищення ефективності капітального будівництва, а саме: зниження ресурсо- і енергоємності, підвищення довговічності і надійності будівель та споруд при використанні будівельних конструкцій з модифікованих високоміцних бетонів.

1. Здійснено наукове обґрунтування технічного рішення одержання високотехнологічних тонкозернистих бетонних сумішей та бетонів з високими показниками фізико-механічних та деформативних властивостей, що полягає у встановленні закономірностей формування мікроструктури бетону, комплексно модифікованої комбінованими органо-мінеральними добавками та електричною активацією дисперсних компонентів бетону в полі коронного розряду.

2. розвинуто теоретичні уявлення про механізм впливу високовольтної електростатичної активації компонентів бетонних сумішей, зокрема в полі коронного розряду, на міжчастинкові взаємодії в дисперсних системах, формування мікроструктури і властивостей бетонів. З використанням комп'ютерного моделювання електричного поля коронного розряду виконано розрахунок параметрів електростатичної поляризації дисперсних компонентів бетонних сумішей, що забезпечують максимальний ефект електроактиваційного впливу.

3. Одержано закономірності зміни електроповерхневих властивостей (спектр і концентрація активних центрів) найбільш поширених мінеральних добавок бетону в результаті обробки в полі коронного розряду. Показано, що при негативній полярності коронуючого електроду підвищується концентрація центрів з pK_a=-4,4 і +8,8 на поверхні кварцу; -4,4 і +7,3 - вапняку, золи-винесення і шамотно-каолінового пилу. У полі позитивної корони активізуються центри з pK_a=+2,1; +8,8 і +12,8 на поверхні кварцу; -4,4; +8,8 і +12,8 - вапняку; +8,8 і +12,8 - золи-винесення; +12,8 - шамотно-каоліновому пилу.

4. Визначено вплив параметрів поля коронного розряду (знак і величина електричного потенціалу, сила струму) на показник електрокінетичного потенціалу дисперсних компонентів бетону - портландцементу, золи-винесення, мікрокремнезему. Розрахунки потенційної енергії взаємодії двох частинок показують, що зростання негативного значення -потенціалу мінеральних дисперсій в результаті обробки в полі коронного розряду забезпечує електростатичну стабілізацію систем. При величині іонної сили порової рідини цементної пасти J=200 моль/м³ масштаб дії електростатичного відштовхування недостатній, щоб збалансувати молекулярне притягання. Для підвищення агрегативної сталості цементних паст необхідна електростерична стабілізація - комбінація високовольтної електростатичної обробки компонентів з використанням суперпластифікаторів у вигляді аніонних поліелектролітів.

5. Встановлено, що серед досліджених мінеральних добавок максимальне значення адсорбції суперпластифікаторів спостерігається на шамотно-каоліновому пилу та меленому вапняку - поліметиленнафталінсульфонат С-3 - 12,5 і 9,1 мг/г; модифікований полікарбоксилатний ефір FM-34 - 10,0 і 8,2 мг/г. Обробка добавок в полі коронного розряду при позитивному знаку коронуючого електроду суттєво підвищує адсорбцію суперпластифікаторів як на шамотно-каоліновому пилу (на 40 %) та вапняку (на 20 %), так і на кварці (на 21 %) та золі-винесення (11 %).

6. Встановлено, що адсорбція суперпластифікаторів мономінералами портландцементного клінкеру значно вище порівняно з мінеральними добавками. Максимальною адсорбцією характеризується трикальцієвий алюмінат - 143 мг/г - СП С-3; 55 мг/г - СП FM-34. На силікатних фазах, що мають негативний заряд поверхні, адсорбція добавки С-3 (С₃S - 12 мг/г; -C₂S - 8 мг/г) менше ніж добавки FM-34 (С₃S - 28 мг/г; -C₂S - 17 мг/г).

7. Досліджено закономірність адсорбції суперпластифікаторів у вигляді аніонних поліелектролітів із бінарних розчинів з різним співвідношенням вихідних компонентів. Показано, що суперпластифікатор С-3 порівняно з суперпластифікатором FM-34 адсорбується в значно більшій кількості як на поверхні мінералу С₃А, так і меленого вапняку, що мають позитивний заряд поверхні.

8. Розроблено технологічну послідовність перемішування тонкозернистої бетонної суміші, яка містить комбінований органо-мінеральний модифікатор, що виключає конкурентну адсорбцію двох аніонних поліелектролітів на позитивно заряджених активних центрах поверхні твердої фази і забезпечує високі показники рухливості бетонних сумішей та збереження її протягом не менше години.

9. Визначено оптимальні співвідношення компонентів комбінованих органо-мінеральних модифікаторів, що забезпечують найбільш високі показники технологічних властивостей бетонних сумішей та фізико-механічних і деформативних властивостей тонкозернистих бетонів: вміст мікрокремнезему у в'яжучому (ПЦ + МК) - 25-27 %; загальна витрата комплексного суперпластифікатора від маси в'яжучого - 1,2-1,3 %; вміст в комплексному СП добавки С-3 - 0,4-0,5 %, FM-794 - 0,8-0,7 %.

10. Розроблено "Технологічний регламент виробництва сухих будівельних сумішей для ремонту бетонних і залізобетонних конструкцій, високоточної цементації (монтажу) обладнання і металоконструкцій", за яким здійснено впровадження розроблених складів тонкозернистих бетонів.

Одержані комбіновані органо-мінеральні модифікатори характеризуються високою ефективністю при застосуванні у складах важкого бетону середнього класу за міцністю при стиску B40 - в технології збірного залізобетону з метою зниження тривалості теплової обробки бетону; при виробництві товарних бетонних сумішей з метою зниження собівартості.

ПУЬЛІКАЦІЇ

1. Зайченко Н.М. Высокопрочные тонкозернистые бетоны с комплексно модифицированной микроструктурой: Монография / Н.М. Зайченко. - Макеевка: ДонНАСА, 2009. - 207 с.

2. Корсун В.И. Деформационные свойства мелкозернистых высокопрочных бетонов с органо-минеральным модификатором на основе минеральных отходов промышленности Донбасса / В.И. Корсун, Н.М. Зайченко, А.С. Волков // Сучасне промислове та цивільне будівництво. - 2008. - Т. 4, № 2. - С. 83-91. (Розробка складу органо-мінерального модифікатора та дрібнозернистого бетону, дослідження деформації усадки бетону).

3. Zaichenko N. An influence of a high-voltage electrostatic treatment on pozzolanic activity of fly ash and properties of cement-fly ash pastes / N. Zaichenko, K.A.S. Al-Shamsi // Modern Industrial and Civil Construction. - 2008. - Vol. 4, No 1. - P. 31-38 (аналіз дериватограм, розрахунки ступеня гідратації золи-винесення).

4. Zaichenko N. The effect of electrostatic activation parameters on the rheologic and strength properties of fine-grained concrete / N. Zaichenko, N. Golodenko, A. Khalyushev // Journal of Civil Engineering and Management. - 2007. - Vol. 13, No 3. - P. 237-244 (Дослідження реологічних властивостей бетонних сумішей та міцності бетону).

5. Електрофізичне поверхневе модифікування портландцементу дисперсними мінеральними добавками / В.І. Братчун, М.М. Зайченко, О.К. Халюшев, О.В. Сахошко // Сучасне промислове та цивільне будівництво. - 2006. - Т. 3, № 2. - С. 71-79. (Розробка способу модифікування поверхневих властивостей мінеральних дисперсій, розшифровка термо- та рентгенограм, інтерпретація даних).

6. Корсун В.И. Механические и реологические свойства модифицированных высокопрочных бетонов при осевом сжатии / В.И. Корсун, Н.М. Зайченко, А.С. Волков // Ежегод. науч.-техн. сб. - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект, 2008. - № 6(11). - С. 144-152. (Розробка складу органо-мінерального модифікатора та дрібнозернистого бетону, дослідження механічних властивостей бетону).

7. Зайченко Н.М. Реакционные порошковые бетоны с минеральными добавками из отходов промышленности для ремонта строительных конструкций / Н.М. Зайченко, А.В. Назарова, Н.Е. Ананьева // Зб. наук. праць ЛНАУ. Серія: Технічні науки. - 2008. - № 81. - С. 451-457. (Розробка складу реакційного порошкового бетону).

8. Зайченко М.М. Вплив складу органо-мінерального модифікатора на властивості високоміцних тонкозернистих бетонів / М.М. Зайченко // Зб. наук. праць. - Рівне: НУВГП. - 2008. - Вип. 16, Ч. 1. - С. 56-63.

9. Зайченко Н.М. Оценка эффективности комплексных органо-минеральных модификаторов бетона на основе минеральной добавки и двух суперпластификаторов / Н.М. Зайченко // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури. - 2008. - Вип. 2008-1(69). - С. 79-86.

10. Зайченко Н.М. высокопрочные мелкозернистые бетоны с модифицированными минеральными добавками из золо-шлаковых отходов Углегорской ТЭС / Н.М. Зайченко // Ежегод. научно-техн. сб. - 2007. - № 5(10). - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект. - С. 145-151.

11. Зайченко Н.М. Влияние вида суперпластификатора на свойства высокопрочных мелкозернистых бетонов с добавкой конденсированного микрокремнезема / Н.М. Зайченко // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури. - 2007. - Вип. 2007-1(63). - С. 33-38.

12. Оптимизация состава комплексного модификатора высокопрочных бетонов на основе конденсированного микрокремнезема мокрой очистки газов и комбинированного суперпластификатора / В.И. Братчун, Н.М. Зайченко, С.С. Поливцев, Е.В. Сахошко // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2007. - Вип. 27. - С. 45-53. (Аналіз механізму дії комбінованого органо-мінерального модифікатора).

13. Зайченко Н.М. Влияние режимов термо- и электроактивации на гидравлическую активность минеральных добавок высокопрочных бетонов / Н.М. Зайченко // Зб. наук. праць. - Харків: УкрДАЗТ, 2006. - Вип. 77. - С. 87-97.

14. Зайченко Н.М. Органо-минеральные модификаторы высокопрочных бетонов на основе смеси суперпластификаторов / Н.М. Зайченко, Е.В. Сахошко // Зб. наук. праць. - Рівне: НУВГП. - 2006. - Вип. 14. - С. 57-63. (Інтерпретація механізму стабілізації цементних паст при використанні суміші суперпластифікаторів).

15. Зайченко Н.М. Влияние высоковольтного электростатического поля коронного разряда на межчастичные взаимодействия в цементных пастах / Н.М. Зайченко, А.К. Халюшев // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2006. - Вип. 23. - С. 88-93. (Дослідження структуроутворення цементних паст).

16. Зайченко Н.М. Высокопрочные мелкозернистые бетоны с добавкой органо-минерального модификатора на основе конденсированного микрокремнезема Стахановского завода ферросплавов / Н.М. Зайченко, Е.В. Сахошко, А.В. Назарова // Ежегод. научно-техн. сб. - 2006. - № 4(9). - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект. - С. 215-221. (Розробка способу приготування органо-мінерального модифікатора).

17. Зайченко Н.М. Высокопрочные мелкозернистые бетоны на основе органо-минеральных модификаторов / Н.М. Зайченко, А.В. Корсун // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури. - 2005. - Вип. 2005-8 (56). - С. 172-177. (Розробка складів бетону).

18. Зайченко Н.М. Свойства портландцемента, активированного в электростатическом поле коронного разряда / Н.М. Зайченко, А.К. Халюшев, В.Г. Вешневская // Ежегод. научно-техн. сб. - 2005. - № 3(8). - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект. - С. 231-236. (Розшифровка дериватограм цементного каменю, інтерпретація даних).

19. Зайченко Н.М. Мелкозернистые бетоны с модифицированными карбонатными наполнителями / Н.М. Зайченко, А.К. Халюшев // Сб. научн. тр. - Дн-вск: ПГАСА, 2005. - Вып. 35, Ч. 1. - С. 219-226. (Дослідження впливу параметрів електрообробки компонентів бетонних сумішей на їх реологічні властивості).

20. Зайченко Н.М. Высоковольтная электрическая модификация поверхностных свойств дисперсных компонентов бетона / Н.М. Зайченко // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: ОДАБА. - 2005. - Вип. 20. - С. 140-147.

21. Зайченко Н.М. Эффективность органо-минеральных модификаторов в высокопрочных бетонах / Н.М. Зайченко // Ежегодный научно.-техн. сб. - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект, 2004. - № 2(7). - С. 124- 128.

22. Зайченко Н.М. Оптимизация состава высокопрочного бетона по критериям удобоукладываемости смесей и прочности бетона / Н.М. Зайченко, А.К. Халюшев, Е.В. Сахошко // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2004. - Вип. 15. - С. 126-133. (Оптимізація складу високоміцного бетону).

23. Зайченко Н.М. Тонкозернистые бетоны с высокими эксплуатационными свойствами на основе наполнителей из отходов промышленности / Н.М. Зайченко // Сб. научн. тр. - Дн-вск: ПГАСА, 2004. - Вып. 30. - С. 110-116.

24. Зайченко Н.М. Адгезионные свойства дисперсных наполнителей бетона, поляризованных в высоковольтном электростатическом поле / Н.М. Зайченко, И.П. Лыга, В.Г. Вешневская // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - 2004. - Вип. 2004-1 (43), Т. 1. - С. 191-196. (Дослідження впливу електростатичної поляризації на аутогезію частинок дисперсних наповнювачів).

25. Бетоны на основе отходов промышленности с высокими эксплуатационными свойствами / Н.М. Зайченко, В.Н. Губарь, В.Г. Вешневская, Р.Х. Минятуллина // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - 2003. - Вип. 2003-2 (39), Т. 2. - С. 217-221. (Дослідження порової структури бетону).

26. Зайченко Н.М. Исследование влияния зарядового состояния пыли, улавливаемой электрофильтрами цементных печей, на гидратацию и структурообразование минеральных дисперсий / Н.М. Зайченко, И.П. Лыга, В.Н. Губарь // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - 2003. - Вип. 2003-1 (38). - С. 137-142. (Дослідження пуцоланової активності пилу).

27. Мелкозернистые бетоны на основе отходов производства минераловатных изделий / Зайченко Н.М., Губарь В.Н., Вешневская В.Г., Мартынова В.Б., Терещук В.Е. // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - 2002. - Вип. 2002-1 (32). - С. 136-139. (Розробка складів бетону).

28. Толчин С.М. Модифицирование поверхности заполнителей мелкозернистого бетона химическими добавками с учетом их кислотно-основных свойств / С.М. Толчин, Н.М. Зайченко, Н.В. Крюкова // Ежегодный научно.-техн. сб. - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект. - 2000. - Т. 2. - С. 87-91. (Оцінка констант іонізації розчинів пластифікаторів).

29. Зайченко Н.М. Структурообразование бетонов с комплексной химической добавкой полифункционального типа / Н.М. Зайченко, В.Н. Губарь, А.В. Рыжов // Зб. наук. праць. - К.: НДІБК, 1999. - Вип. 50. - С. 329-334. (Розробка складу комплексної добавки).

30. Зайченко Н.М. Технологические свойства бетонных смесей с комплексной добавкой полифункционального действия / Н.М. Зайченко, А.В. Рыжов, В.Н. Губарь // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - 1999. - Вип. 99-2 (16). - С. 48-50. (Розробка складу комплексної добавки).

31. Матвиенко В.А. Применение концепции активных центров в развитие теории структурообразования бетона / В.А. Матвиенко, Н.М. Зайченко, С.М. Толчин // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - 1999. - Вип. 99-1(15). - С. 71-79. (Дослідження структуроутворення бетонних сумішей).

32. Зайченко Н.М. Атмосферо- и морозостойкость мелкозернистых бетонов на комбинированных заполнителях / Н.М. Зайченко, В.Н. Губарь, С.М. Толчин // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури - 1998. - Вип. 98-1(9). - С. 91-95. (Дослідження експлуатаційних властивостей бетонів).

33. Принципы комбинирования заполнителей из отходов промышленности для мелкозернистых бетонов / С.М. Толчин, В.А. Матвиенко, Н.М. Зайченко, В.Н. Губарь // Ежегодный науч.-техн. сб. - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект, 1997. - С. 103-105. (Дослідження властивостей дрібнозернистих бетонів).

34. Пат. 82406 Україна, МПК В28С 5/00, С04В 40/00. Спосіб виготовлення бетонних сумішей / Братчун В.І., Зайченко Л.Г., Зайченко М.М.; заявник і власник патенту Донбаська нац. акад. буд-ва і арх-ри. - № 82406; заявл. 19.05.06; опубл. 10.04.08. Бюл. № 7. (Розробка конструкції установки для активації бетонних сумішей).

35. Пат. 26894 Україна, МПК E 04 G 21/04. Пристрій для електростатичної активації цементу: Пат. 26894 Україна, МПК E 04 G 21/04 М.М. Зайченко, М.М. Голоденко, О.К. Халюшев (Україна). - № u200705931; Заявл. 29.05.07; Опубл. 10.10.07, Бюл. № 16. - 4 с.: іл. (Розробка конструкції пристрою).

36. Пат. 30862 Україна, МПК E 04 G 21/04. Пристрій для формування сфероїдального цементу: Пат. 30862 Україна, МПК E 04 G 21/04 М.М. Зайченко, М.М. Голоденко, О.К. Халюшев (Україна). - № u200713666; Заявл. 06.12.07; Опубл. 11.03.08, Бюл. № 5. - 4 с.: іл. (Розробка способу формування сфероїдального цементу в високовольтному електростатичному полі).

37. Мартынюк С.Л. Влияние состава органо-минерального модификатора и способа приготовления бетонной смеси на свойства высокопрочного тонкозернистого бетона / С.Л. Мартынюк, Н.М. Зайченко // Сб. докладов межд. научно-техн. конф. МГСУ-ДонНАСА. - М.: МГСУ, 2008. - С. 131-142. (Розробка принципів одержання органо-мінеральних модифікаторів).

38. Сахошко Е.В. Исследование адсорбционных свойств поверхности микронаполнителей бетона / Е.В. Сахошко, З.З. Малинина, Н.М. Зайченко // Зб. тез допов. конф. до 70-річчя Донецького національного університету. - Донецьк, 2007. - С. 110. (Розрахунки величини адсорбції пластифікаторів на поверхні мінеральних добавок).

39. Zaichenko N.M. High-strength fine-grained concretes with modified mineral admixtures of fly ash and milled slag of power station / N.M. Zaichenko, A.K. Khalyushev, E.V. Sakhoshko // Alkali Activated Materials - Research, Production, Utilization: International Conf., June 2007: Proc. - Prague (Czech R.), 2007. - P. 745-756. (Дослідження пуцоланової активності мінеральних добавок).

40. Зайченко Н.М. Высокопрочные мелкозернистые бетоны на модифицированном портландцементе / Н.М. Зайченко, А.К. Халюшев // Енергозаощадження у будівництві: ІІ Науково-техн. конф. - Головні доповіді. - Чернівці, 2006. - С. 35-37. (Розробка способу модифікування портландцементу).

41. Ефремов А.Н. Пуццолановая активность метакаолина и шамотно-каолиновой пыли-унос / А.Н. Ефремов, Н.М. Зайченко // Строительство-2006: междунар. науч.-практ. конф., 2006 г.: мат-лы конф. - Ростов-на-Дону, 2006. - С. 99-101. (Дослідження пуцоланової активності шамотно-каолінового пилу).

42. Оценка эффективности органо-минеральных модификаторов высокопрочных бетонов методом греко-латинского квадрата / Н.М. Зайченко, М.С. Булавицкий, Д.А. Хохрякова, Е.В. Сахошко // Бетон и железобетон - пути развития: II Межд. конф., 5-9 сент. 2005 г.: науч. труды. - М., 2005. - Т. 3. - С. 650-656. (Дослідження впливу хімічного складу мікрокремнезему на властивості бетонних сумішей та бетонів).

43. Адсорбция добавок суперпластификаторов на поверхности минеральных наполнителей бетона / Н.М. Зайченко, З.З. Малинина, Ю.Б. Высоцкий, Е.В. Сахошко // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури. - 2005. - Вип. 2005-4 (52). - С. 72-75. (Дослідження адсорбції суперпластифікаторів на поверхні мінеральних добавок).

44. Зайченко Н.М. Высоковольтная электрическая активация пресспорошков для керамических изделий / Н.М. Зайченко, А.В. Щербаков // Действие электрических полей (электрического тока) и магнитных полей на объекты и материалы: докл. и тез. докл. Всероссийского науч. семинара. - М., 2002. - С. 120-121. (Розробка способу підвищення міцності пресованих виробів високовольтною активацією вихідних компонентів).

45. Зайченко Н.М. Факторы подвижности и прочности мелкозернистых бетонов на основе отходов промышленности Донбасса / Н.М. Зайченко, В.Н. Губарь, С.М. Толчин // Донбас - 2020: Охорона довкілля та екологічна безпека: зб. допов. наук.-практ. конф. - Т. 1 - Донецьк, 2001. - С. 179-182. (Дисперсійний аналіз експериментальних даних).

46. Matviyenko V.A. An alkali-containing complex additive to a clinker cement / V.A. Matviyenko, N.M. Zaichenko, A.V. Ryzshov // Proc. of the Second Intern. Conf. held at the V.D. Glukhovsky Scientific Research Institute of Binders and Materials in Kiyv: ORANTA Ltd, 1999. - P. 350-356. (Оптимізація складу хімічної добавки).

47. Matviyenko V.A. Electro-surface properties of aggregates from waste products and their influence on the quality of fine-grained concrete / V.A. Matviyenko, N.M. Zaichenko, S.M. Tolchin // Creating with concrete. Exploiting wastes concrete: International Conf, 1999: Proc. - Dundee (Scotland), 1999. - P. 131-137. (Дослідження властивостей дрібнозернистих бетонів).

48. Матвиенко В.А. Активные центры поверхности и их роль в формировании структуры бетона / В.А. Матвиенко, Н.М. Зайченко, С.М. Толчин // Наукові читання, присвячені пам'яті О.П. Мчедлова-Петросяна: наук. конф., 1998 р.: мат-ли конф. - Х.: ХДТУБА, 1998. - С. 41. (Дослідження технологічних властивостей бетонних сумішей).

49. Зайченко Н.М. Комплексная химическая добавка в технологии бетона / Н.М. Зайченко, А.В. Рыжов // Науково-технічна конф. професорсько-викладацького складу за результатами науково-дослідної роботи за 1996-1997. - Сімферополь, 1998. - С. 113. (Розробка складу комплексної хімічної добавки).

50. Matviyenko V.A. Hardening of Cements, Polarized in Electric Field / V.A. Matviyenko, N.M. Zaitchenko // 10-th International Congress on the Chemistry of Cement, 2-6 June 1997: Proc. - Gothenburg (Sweden), 1997. - Vol. 2. - 2ii076. - 4 pp. (Дослідження структуроутворення цементних паст).

51. Зайченко Н.М. Эксплуатационные свойства бетонов на техногенных комбинированных заполнителях / Н.М. Зайченко, С.М. Толчин, В.Н. Губарь // Зб. праць з технічної хімії. - К., 1997. - С. 309-311. (Розробка складу комбінованого заповнювача дрібнозернистих бетонів).

52. Зайченко Н.М. Регулирование реологических свойств бетонных смесей с добавкой микрокремнезема / Н.М. Зайченко, В.А. Матвиенко // Формування навколишнього середовища на урбанізованих територіях Криму: наук.-техн. конф., 1996: мат-ли конф. - Сімферополь, 1996. - Ч. III. - С. 25. (Дослідження впливу витрат мікрокремнезему на реологічні властивості бетонних сумішей).

Размещено на Allbest.ru